無(wú)閥微流控調(diào)焦系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性研究.pdf

1、近年來(lái)，光學(xué)成像系統(tǒng)在電子產(chǎn)品中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，傳統(tǒng)的固體機(jī)械透鏡系統(tǒng)因其機(jī)械部件繁多、操作不靈便、制作成本高等固有缺點(diǎn)已不能完全滿(mǎn)足人們的需要。國(guó)外某些大公司開(kāi)始使用液體作為透鏡的主要組成部分,研制出新型的液體變焦透鏡,取得了很大成功。液體透鏡是使用液體制作而成的一個(gè)無(wú)機(jī)械部件,并通過(guò)控制液面形狀實(shí)現(xiàn)無(wú)限變焦功能，有著非常廣闊的應(yīng)用前景?；谝陨蠎?yīng)用背景，本課題利用擴(kuò)散管/收縮管型無(wú)閥壓電微泵設(shè)計(jì)了一個(gè)微流控系統(tǒng)，通過(guò)控制裝置中微量

2、流體的體積來(lái)改變液滴表面的曲率，從而實(shí)現(xiàn)變焦功能。在本課題中，無(wú)閥壓電微泵是其中關(guān)鍵的執(zhí)行部件，微泵的性能直接影響到微流控系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性。因此本課題在研究了微泵動(dòng)態(tài)特性的基礎(chǔ)上，對(duì)微流控調(diào)焦系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行研究。
　　本文首先設(shè)計(jì)了一個(gè)微流控調(diào)焦系統(tǒng)，介紹了其結(jié)構(gòu)及工作原理，并利用流體力學(xué)基本原理建立了系統(tǒng)及微泵的數(shù)學(xué)模型，分別給出了錐管的流量方程和阻力系數(shù)計(jì)算表達(dá)式。然后采用Fluent有限元軟件對(duì)擴(kuò)散管/收縮管的流場(chǎng)進(jìn)行了仿

3、真分析，研究了錐管的角度、最小寬度、長(zhǎng)度及深度等幾何尺寸參數(shù)對(duì)錐管流量和效率的影響，并對(duì)錐管的結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。根據(jù)確定的微泵尺寸參數(shù)，計(jì)算出了擴(kuò)散管/收縮管的阻尼系數(shù)，給出了振動(dòng)薄膜最大體積變形量及微泵最佳工作頻率的計(jì)算表達(dá)式。之后，利用Matlab/Simulink軟件對(duì)微泵和微流控系統(tǒng)的流量和壓力特性進(jìn)行了仿真分析，得出了采用雙泵同時(shí)反向工作模式能減小系統(tǒng)流量脈動(dòng)，提高系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的結(jié)論。最后采用PID控制策略，給出了微流控