專利名稱：分體式微量泵壓電驅(qū)動器的制作方法
專利說明 本實(shí)用新型涉及分體式微量泵驅(qū)動器，該裝置屬于自動控制領(lǐng)域，可應(yīng)用于自動控制系統(tǒng)、機(jī)器人、航空航天控制系統(tǒng)、生物化學(xué)分析等方面。微量泵驅(qū)動器是微量泵的動力裝置。微量泵從結(jié)構(gòu)上分為兩類第一類是驅(qū)動器與泵體合為一體的微量泵，稱其為一體式微量泵；第二類是驅(qū)動器和泵體各自獨(dú)立，通過組合安裝構(gòu)成的微量泵，稱之為分體式微量泵。驅(qū)動器的性能取決于驅(qū)動器的動態(tài)位移。目前，廣泛用于分體式微量泵的驅(qū)動器是采用單純壓電陶瓷片的軸向動態(tài)位移來驅(qū)動微量泵。由于壓電陶瓷片的軸向動態(tài)位移與其半徑成正比，當(dāng)壓電陶瓷片的半徑較小時(shí)，其軸向動態(tài)位移很小。為實(shí)現(xiàn)對微量泵的有效驅(qū)動，通常只能加大壓電陶瓷片的半徑。這樣，高驅(qū)動器動態(tài)性能與驅(qū)動器微型化之間的矛盾，成為分體式微量泵驅(qū)動器設(shè)計(jì)制造及其應(yīng)用推廣中的一個難題。本實(shí)用新型的目的是提供一種分體式微量泵壓電驅(qū)動器，該裝置采用Cymbal換能器代替現(xiàn)有的分體式微量泵驅(qū)動器的壓電陶瓷片，在相同的驅(qū)動器半徑和驅(qū)動電壓情況下，Cymbal換能器的軸向動態(tài)位移比壓電陶瓷片的高一個數(shù)量級，解決了現(xiàn)有分體式微量泵驅(qū)動器技術(shù)中，壓電陶瓷片驅(qū)動器的動態(tài)位移受其半徑大小限制的問題。
實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型發(fā)明目的的技術(shù)方案采用單一圓形壓電陶瓷片，在其兩圓面上涂覆銀電極并極化；在軸對稱條件下，將兩個半徑與壓電陶瓷片相同的金屬平頂錐殼，安裝到壓電陶瓷片的兩個銀電極表面上構(gòu)成Cymbal換能器；在Cymbal換能器的兩個振動面上，再安裝兩個與Cymbal換能器的半徑相同、由不同金屬材料制成的厚度不等的金屬蓋板，構(gòu)成分體式微量泵壓電驅(qū)動器。
所述分體式微量泵壓電驅(qū)動器的原理Cymbal換能器是具有優(yōu)異性能的小型彎張換能器，它通過金屬平頂錐殼與壓電陶瓷片的耦合作用，將壓電陶瓷片的徑向擴(kuò)張振動模態(tài)改變?yōu)榻饘倨巾斿F殼的彎張振動模態(tài)，從而產(chǎn)生較大的軸向的位移，并使外界作用在Cymbal換能器上的軸向外力通過金屬平頂錐殼與壓電陶瓷片的耦合作用，改變?yōu)閺较驍U(kuò)張振動模態(tài)與壓電陶瓷片的徑向擴(kuò)張振動模態(tài)的迭加，以產(chǎn)生較大的徑向張力。在Cymbal換能器的一個振動周期內(nèi)，其軸向與徑向的振動模態(tài)相互轉(zhuǎn)換，因而，與單一壓電陶瓷片相比較，其軸向有較大的動態(tài)位移。應(yīng)用Cymbal換能器的這一特點(diǎn)，在其兩個振動面上安裝金屬蓋板的作用在于改善壓電驅(qū)動器與微量泵泵體的力學(xué)匹配及安裝條件，調(diào)整壓電驅(qū)動器的諧振頻率。
本實(shí)用新型有如下積極效果
1.在驅(qū)動器半徑較小和驅(qū)動電壓恒定的條件下，本實(shí)用新型可以獲得比半徑相同的壓電陶瓷片驅(qū)動器大一個數(shù)量級的動態(tài)位移，如加載1V驅(qū)動電壓，本實(shí)用新型的軸向動態(tài)位移可達(dá)0.5μm，是制作Cymbal換能器的單一壓電陶瓷片軸向動態(tài)位移的20多倍；2.本實(shí)用新型的驅(qū)動電壓與軸向動態(tài)位移成線性關(guān)系，驅(qū)動電壓在1～100V范圍連續(xù)可調(diào)；3.改變本實(shí)用新型金屬蓋板的材料或厚度，可在5000～15000Hz范圍內(nèi)調(diào)整驅(qū)動器的諧振頻率。


圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖圖2是本實(shí)用新型的動態(tài)位移曲線圖[具體實(shí)施方式
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以下結(jié)合附圖和實(shí)施例，對本實(shí)用新型作進(jìn)一步的說明。
參照
圖1，采用單一圓形壓電陶瓷片(1)，在其兩圓面上涂覆銀電極并極化；在軸對稱條件下，將兩個半徑與壓電陶瓷片相同的金屬平頂錐殼(2)，用環(huán)氧樹脂膠粘結(jié)到壓電陶瓷片的兩個銀電極表面上構(gòu)成Cymbal換能器，這兩個金屬平頂錐殼作為Cymbal換能器的振動面和電極；在Cymbal換能器的兩個振動面上，再用環(huán)氧樹脂膠分別粘結(jié)上兩個與Cymbal換能器半徑相同、由不同金屬材料制成的厚度不等的金屬蓋板(3)，構(gòu)成分體式微量泵壓電驅(qū)動器。
當(dāng)驅(qū)動電壓為1V并且驅(qū)動器的諧振頻率等于驅(qū)動電源的頻率時(shí)，本實(shí)用新型的軸向動態(tài)位移與徑向位置的關(guān)系如圖2所示。其中橫坐標(biāo)表示驅(qū)動器的徑向位置，縱坐標(biāo)表示驅(qū)動器的軸向位移，坐標(biāo)原點(diǎn)在壓電陶瓷片的圓心處。由此圖可見，驅(qū)動器的軸向動態(tài)位移在圓心處為最大值，在徑向軸對稱分布，并隨徑向位置的增大而衰減。
本實(shí)用新型的驅(qū)動電壓V與軸向動態(tài)位移Y的關(guān)系為Y＝0.5V(微米/伏)驅(qū)動電壓在1～100V的范圍連續(xù)可調(diào)，調(diào)節(jié)驅(qū)動電壓可改變微量泵的流量。當(dāng)驅(qū)動器的諧振頻率等于驅(qū)動電源的頻率時(shí)，驅(qū)動器的軸向動態(tài)位移達(dá)最大值。
最佳實(shí)施例用半徑為10mm、厚度為1mm的壓電陶瓷片(PZT5A)，在其兩圓面上涂覆銀電極并極化，在軸對稱條件下，將兩個半徑為10mm、厚0.5mm的H62黃銅平頂錐殼，用環(huán)氧樹脂膠粘結(jié)到壓電陶瓷片的兩對稱的銀電極面上，構(gòu)成Cymbal換能器。在Cymbal換能器黃銅平頂錐殼的上頂面，用環(huán)氧樹脂膠粘結(jié)一個半徑為10mm、厚度為6mm、由硬鋁制成的上蓋板；在Cymbal換能器黃銅平頂錐殼的下頂面，用環(huán)氧樹脂膠粘結(jié)一個半徑為10mm、厚度為16mm、由H62黃銅制成的下蓋板，上下兩蓋板的間距為2-6mm，構(gòu)成分體式微量泵壓電驅(qū)動器。實(shí)測結(jié)果表明，當(dāng)該驅(qū)動器的驅(qū)動電壓為1V時(shí)，其軸向動態(tài)位移為0.5μm；當(dāng)驅(qū)動電壓為10V時(shí)，軸向動態(tài)位移為5μm；驅(qū)動電壓與軸向動態(tài)位移成線性關(guān)系。
權(quán)利要求1.一種分體式微量泵壓電驅(qū)動器，該裝置包含一個圓形壓電陶瓷片，其特征是在壓電陶瓷片的兩圓面上涂覆銀電極并極化；在軸對稱條件下，將兩個半徑與壓電陶瓷片相同的金屬平頂錐殼，安裝到壓電陶瓷片的兩個銀電極表面上構(gòu)成Cymbal換能器；在Cymbal換能器的兩個振動面上，安裝兩個與Cymbal換能器的半徑相同、由不同金屬材料制成的厚度不等的金屬蓋板，構(gòu)成分體式微量泵壓電驅(qū)動器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特性是所述的驅(qū)動器上下兩金屬蓋板的間距為2-6mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1，2所述的裝置，其特性是所述的驅(qū)動器的諧振頻率等于驅(qū)動電源的頻率，驅(qū)動電壓為1～100V。
專利摘要一種分體式微量泵壓電驅(qū)動器，該裝置包含一個圓形壓電陶瓷片，其特征是在壓電陶瓷片的兩圓面上涂覆銀電極并極化；在軸對稱條件下，將兩個半徑與壓電陶瓷片相同的金屬平頂錐殼，安裝到壓電陶瓷片的兩個銀電極表面上構(gòu)成Cymbal換能器；在Cymbal換能器的兩個振動面上，安裝兩個與Cymbal換能器的半徑相同、由不同金屬材料制成的厚度不等的金屬蓋板，構(gòu)成分體式微量泵壓電驅(qū)動器。這兩個金屬蓋板的作用在于改善壓電驅(qū)動器與微量泵泵體的力學(xué)匹配及安裝條件，調(diào)整壓電驅(qū)動器的諧振頻率。本實(shí)用新型可應(yīng)用于自動控制系統(tǒng)、機(jī)器人、航空航天控制系統(tǒng)、生物化學(xué)分析等方面。
文檔編號F04B43/04GK2704700SQ20042003465
公開日2005年6月15日 申請日期2004年5月6日 優(yōu)先權(quán)日2004年5月6日
發(fā)明者王光燦, 張晉, 王麗坤, 欒桂冬, 張福學(xué) 申請人:云南大學(xué)