线性数字比例压电阀的制作方法
【技术领域】
[0001 ] 下文总体上涉及能够在强磁场中操作的电控制阀。本申请具体与在磁共振成像扫描器附近操作的低压流体阀结合应用，并且将具体参考其进行描述。然而，应当理解，本申请还应用于其他使用场景，并且不必限于前述应用。
【背景技术】
[0002]具有螺线管或含铁零件的电控制阀在强磁场附近(例如，在磁共振(MR)室中或在MRI扫描器的膛中)受不利影响。在强磁场中操作的阀包括非磁性材料或被设计为使得磁性材料被从磁场移除或被与磁场屏蔽开。磁性材料的存在能够影响阀设备的操作，并且能够潜在地充当弹丸。阀用于控制流体，例如，在磁共振引导的手术期间的麻醉气体供应、在无创血压(NIBP)监测中的气压控制、针对患者生命支持的氧气供应、测量患者呼气等。一个需要的严重区域包括其中气体的体积很小并且对流体流量的关闭调节是重要的新生儿应用。
[0003]—个途径是使用从在磁场外部的传统阀定位(例如，被定位在具有气动连接的屏蔽室外部)以气动方式切换的阀。缺点是对压缩空气供应、笨重的气动管的使用以及噪声。另一途径是对屏蔽的使用，以使含铁阀零件与外部磁场屏蔽开。然而，屏蔽利用含铁材料(例如，铁)，其使屏蔽经受扭曲磁场并且潜在地变成弹丸。
[0004]通常阀包括弹簧或偏置元件，所述弹簧或所述偏置元件通过默认打开或关闭来使阀偏置。弹簧材料经受强磁场，并且在一些实例中，能够在磁力下坍塌。备选地，弹簧能够由非磁性材料(例如，铍青铜或磷青铜)制成，但是所述材料是昂贵的。此外，非磁性材料能够被发现随着时间改变其弹簧常量，这使他们在医学护理应用中较不可靠。
[0005]另一途径是对不经受磁场的阀材料的使用。例如，使用压电薄膜阀，但是其通常是在物理上巨大并且需要非常高的驱动电压。薄膜包括压电材料的覆盖物，所述压电材料的覆盖物操作为改变形状并且当施加电荷时直接打开或关闭阀端口。高电压驱动器是昂贵的，并且由于它们常常具有也经受磁场的部件，因此很难在磁场中实施。另一范例包括压电弯曲致动器(例如，皮瓣)，所述压电弯曲致动器弯曲以直接打开或关闭阀。两个范例包括经受磨损并且难以更换和/或修理的弹簧元件或偏置元件。两个范例包括在完全打开或完全关闭的阀之间以模拟方式操作的阀。
【发明内容】
[0006]下文公开了一种新的和改进的线性数字比例压电阀，其解决了以上提到的问题和其他问题。
[0007]根据一个方面，电控制阀包括:轴；压电电动机，其被固定到所述轴的末端；控制器；从动件；阀构件以及阀座。所述压电电动机以第一方向和第二相反方向驱动所述轴。所述控制器将电力提供到所述压电电动机，来以第一速度和第二速度移动所述轴，所述第一速度快于所述第二速度。所述从动件接收所述轴，并且响应于所述轴以所述第一速度移动而相对于所述轴滑动，并且响应于以所述第二速度的所述移动而夹紧所述轴并与所述轴一起移动，并且所述从动件包括阀构件。所述阀构件与所述从动件一起移动。所述阀构件被配置为由所述从动件对着所述阀座移动以约束流体流量，并且被配置为由所述从动件远离所述阀座移动以增加所述流体流量。
[0008]根据另一方面，一种流体控制的方法包括:将电脉冲施加到压电电动机，所述压电电动机移动被固定到所述压电电动机的轴，来以第一速度和第二速度移动所述轴，所述第二速度快于所述第一速度；以所述第二速度移动所述轴，使得接收所述轴的从动件相对于所述轴滑动；以所述第一速度移动所述轴，使得所述从动件夹紧所述轴并且与所述轴一起移动；重复施加脉冲来以所述第一速度朝阀座和以所述第二速度远离所述阀座交替地移动所述轴，以移动阀构件，所述阀构件与所述从动件一起对着阀座移动以约束流体流量；重复施加脉冲来以所述第二速度朝向阀座和以所述第一速度远离所述阀座交替地移动所述轴，以移动所述阀构件，所述阀构件与所述从动件一起远离所述阀座移动以增加流体流量。
[0009]根据另一方面，一种在强磁场中操作的电控制阀包括:连杆；从动件，其被定位为以圆周方式邻近所述连杆；阀元件，其被附接到所述从动件；阀构件，其被附接到所述阀元件；以及磁场惰性壳体。所述从动件允许所述连杆在第一力施加到所述连杆的情况下克服与所述从动件的摩擦力，并且沿着所述连杆滑动，并且所述从动件响应于第二施加的相反力而夹紧所述连杆并与所述连杆一起移动。所述阀元件定义中心井形状的腔以接收所述连杆。所述磁场惰性壳体定义容纳所述从动件和所述阀元件的腔，接收所述连杆，并且定义被连接到所述腔的第一端口、被连接到所述腔的第二端口、以及座。所述第一端口接收流体流Ao所述第二端口使接收到的流体流出。所述座接收所述阀构件，并且约束在所述第一端口与所述第二端口之间的流体流量，所述流体流量与从所述阀构件到所述座的距离成比例。
[0010]—个优点是低功耗。
[0011]另一优点包括低滞后。
[0012]另一优点在于制造的低成本。
[0013]另一优点在于低背压和低差压。
[0014]另一优点在于易于控制而没有电压控制。
[0015]另一优点在于数字操作，尤其是对阀打开的程度的数字控制。
[0016]另一优点在于没有弹簧元件或偏置元件的简单构造。
[0017]本领域普通技术人员在阅读和理解以下详细描述的基础上将认识到其他优点。
[0018]本发明可以采取各种部件和部件的布置，以及各种步骤和步骤的安排的形式。附图仅出于图示优选实施例的目的，并且不应被解释为对本发明的限制。
【附图说明】
[0019]图1示意性地图示了具有线性数字比例压电阀的分解的横截面视图的在强磁场中的线性数字比例压电阀的实施例。
[0020]图2示意性地图示了在横截面中的线性数字比例压电阀的一个实施例。
[0021]图3A-3C示意性地图示了线性数字比例压电力、线性移动的方向以及相关联的电驱动器脉冲强度形状的一个实施例。
[0022]图4A-4C示意性地图示了线性数字比例压电力、线性移动的相反方向以及相关联的电脉冲强度形状。
[0023]图5A-5B示意性地图示了在两个配置中的在横截面中的3_道线性数字比例压电阀的实施例。
[0024]图6以流程图图示了使用线性数字比例压电阀的实施例的一个方法。
【具体实施方式】
[0025]参考图1，示意性地图示了具有线性数字比例压电阀的分解的横截面视图的在强磁场12中的线性数字比例压电阀10的实施例。通过范例的方式，示出了两个医学设备，所述两个医学设备具有线性数字比例压电阀10、麻醉设备14以及无创血压(NIBP)测量设备
16。在部分横截面中不出了磁共振扫描器18，所述磁共振扫描器18生成强磁场，例如，静态主磁场B。、梯度磁场、RF脉冲B1等。线性数字比例压电阀的典型应用包括调整流体(例如，麻醉气体)到对象20的递送、监测由对象呼出的气体、监测NIBP等。所图示的阀被设计为操作直到大约0.68atm(1psi ；0.69bar)，这使其适合于这些类型的应用。所述应用能够包括调整针对新生儿应用(例如，NIBP,其在幅值的量级上与成人NIBP不同)的气体。
[0026]阀10包括MR惰性材料(例如，塑料)的阀壳体22。壳体22定义具有两个端口26的内部腔24，一个用于流体(例如，麻醉气体、呼吸气体、空气等)的流入，并且一个用于流出。端口能够在任一个方向上操作。基底定义阀座28和被阀帽32覆盖的访问开口 30。腔通过访问开口接收阀元件33，例如，阀构件被安置在腔24之内。阀元件定义中心井形状的腔38以接收驱动连杆36。
[0027]压电电动机34被固定到驱动连杆或轴36的末端，与从动件相反，并且连杆通过在密封圈32中的开口进到阀元件33的内部。例如，电动机和连杆形成钉形状，其中，压电材料被固定到钉头的表面。压电电动机基于接收到的具有将第一力施加到连杆的第一电流强度和将相反的第二力施加到连杆的第二电流强度的电流的脉冲来驱动连杆。例如，第一电流强度使压电材料快速弯曲，其将第一力施加到连杆。第二电流强度使压电材料缓慢变平，其将相反的第二力施加到连杆。在另一范例中，第一电流强度使压电材料缓慢弯曲，其施加一个力，并且第二电流强度使压电材料快速变平，其施加另一相反的力。连杆36能够包括诸如铜、招等的材料。
[0028]从动件42沿着由压电电动机驱动的连杆的长度线性移动，以打开或关闭阀10。在关闭位置中，阀座28接收阀构件40 (例如，O-环)，并且约束在端口之间的流体流量，所述流体流量与在阀构件40到阀座28之间的位移成比例。例如，阀利用对着座压缩的阀构件被完全关闭。通过将固定数目的电脉冲施加到压电电动机以部分地打开阀能够部分地打开阀。通过从动件的移动能够完全打开阀，使得与压电电动机相反的连杆的末端接合在阀元件中定义的井38的底部。具有连杆接合井底部的从动件的位置完全打开阀并且准许在端口之间的流体流量。附图描绘了在完全打开的配置中的阀。
[0029]从动件42响应于由压电电动机在连杆上施予的克服摩擦力的力(例如，压电材料的快速弯曲或快速变平)而沿