双作用压电泵绝缘压电振子

　　1 引 言

　　近年来,在流体驱动系统中应用压电驱动技术的压电泵引起国内外有关研究人员的关注。由于压电泵具有结构紧凑、无电磁干扰、响应特性快、可以实现精密输送等特点,在微小型流体驱动装置、生物技术方面的微流体输送、医疗药液的输送等方面具有较好的应用前景。压电双晶片振子是压电泵的驱动部件,在压电泵工作时通过压电双晶片的弯曲变形,形成泵腔体积的变化,使流体形成定向流动。因此,压电振子弯曲变形能力是直接影响容积式压电泵输出性能的关键。由于压电陶瓷本身硬且脆,所产生的位移或力很小,因而压电陶瓷本身不能作为压电振子直接使用,通常把压电陶瓷与某种金属弹性材料黏接在一起共同构成振动体,称其为复合压电振子^[1-2]。一般压电泵的驱动元件主要采用黏贴式圆形复合压电振子^[3-4]。

　　压电泵工作时,通过压电振子两根输出导线施加正弦驱动电压,使其产生弯曲变形。两根输出导线均位于压电振子黏贴压电陶瓷一侧,其中,一根焊接在压电陶瓷上,另一根焊接在金属基板(薄铜片)上;压电振子金属基板一侧作为压电泵工作面。目前,作为压电泵驱动元件的压电振子,国内外通常只利用压电振子金属基板一侧与泵体构成工作腔体,形成压电泵的工作腔,而压电振子黏贴压电陶瓷一侧,虽然也可以和泵体构成工作腔体。但是由于压电陶瓷和带电导线与流体介质-水接触时,容易出现短路,击穿损坏压电振子。因此,压电振子粘贴压电陶瓷一侧和输送的流体介质不接触。作为目前研究应用的压电泵因为只有压电振子一侧和流体介质接触,虽然可以满足工作要求,但是压电泵工作时,压电振子的双侧弯曲变形仅能在一侧产生工作能力。为了提高压电泵的工作性能,本文采用了在压电振子两侧分别与压电泵壳体构成工作腔体的方法,使压电振子两面都能作为工作面,形成双作用压电泵的工作方式。以双作用压电泵应用的驱动动力元件为研究对象,针对该类型压电泵采用的双面作用绝缘压电振子进行了分析研究。

　　2 双作用压电泵结构

　　目前,压电泵结构通常采用一个压电振子形成一个工作腔体的方式,即单作用压电泵,其结构如图1(a)所示,利用压电振子一个侧面与泵体构成腔体作为工作腔体,压电振子另一侧面因粘贴了压电陶瓷和连接导线,通电时,不能与流体介质-水直接接触,虽与泵体也构成了腔体,但不能作为压电泵的工作腔体。

　　为了提高压电泵的工作性能,本文提出充分利用压电振子两个侧面,分别与泵体形成工作腔体,使压电振子双侧弯曲变形在两侧均产生工作能力,提高压电振子工作效率的方法。在单作用压电泵的基础上,采用对称结构设计制作了双作用压电泵,其结构如图1(b)所示,为防止压电陶瓷和带电导线与水接触,出现短路,击穿损坏压电振子,还对压电振子进行了绝缘处理。