压电泵可通过电信号精确控制流体输出,并且体积小,能耗低,无电磁干扰,工作噪声低,在生物医疗、化学分析、芯片冷却、喷墨打印等方面具有广阔前景,是目前微流体领域研究的热门课题。目前研究人员在压电泵结构方面进行了深入具体的研究,而在压电泵驱动、控制方面的研究相对较少,无法充分发挥出压电泵在流体输送精密控制方面的优势,因此对该方面进行研究显得十分迫切。本文结合教育部高等学校科研创新重大培育资金项目及国家自然科学基金项目,围绕单双相压电泵系统,开展了结构设计、专用驱动电源研制、输出性能测试、流量自测量及液体输送精密控制方面的工作。1.泵用压电振子性能分析及测试压电振子是单双相压电泵核心驱动部件,利用Butterworth Van Dyke等效电路模型,分析直径为35mm的泵用双晶片压电振子阻抗特性,对压电振子阻抗特性进行测试,找出压电振子一阶共振频率,并计算出对应的阻抗模；对圆形双晶片压电振子变形能力进行试验研究,分别测试压电振子表面各点变形位移,压电振子中心位移与驱动电压、驱动频率的关系,为压电泵的结构设计及驱动电路设计奠定基础。2.单双相压电泵的设计研制分析单、双相压电泵,包括单腔单振子压电泵、双腔串联压电泵、双腔并联压电泵、主被动阀结合泵、双主动阀压电泵的工作原理,推导单腔单振子压电泵输出能力与压电振子结构参数、材料性能参数、驱动信号参数间关系,分析主动阀结构参数对工作性能的影响。分析表明与单腔单振子压电泵相比,双腔串联压电泵具有更大的输出压力,双腔并联泵具有更大的输出流量；对双腔串联压电泵、双腔并联压电泵来说,异步驱动方式比同步驱动方式具有更好的输出性能；双主动阀压电泵中具有更宽的工作频率范围,并可实现液体双向输送,具有独特的输出性能。制作单双相压电泵样机,为驱动控制的研究提供载体。3.压电泵专用驱动电源研制在对压电泵驱动信号分析基础上,以单双相压电泵为驱动对象,研制三种专用驱动电源：模拟式单相压电泵驱动电源、程控式单相压电泵驱动电源及数字控制式双相压电泵驱动电源。分析驱动电源系统及各部分电路工作机理。对研制的压电泵驱动电路电气输出性能进行测试。研制的三种驱动电源,输出电压均可在0V到最大值之间调节,最大输出电压不小于170V；输出频率可在5Hz-500Hz之间调节,其中模拟式单相压电泵驱动电源体积小、成本低廉。程控式单相压电泵驱动电源可通过按键对输出参数调节,避免电位器接触不良带来的影响,提高了电源信号输出的可靠性及稳定性；数字控制式双相压电泵驱动电源利用直接数字式频率合成技术,可输出两列有严格相位关系的正弦信号,相位差可在00-360。范围内调节,相位差最小分辨率为11.25。,采用数字化控制,输出参数实时显示。研制的三种驱动电源输出参数能够独立、连续调节,可以灵活方便地对压电泵进行驱动控制。4.单双相压电泵输出性能试验研究利用研制的数字控制式双相压电泵驱动电源,对单双相信号驱动的压电泵输出性能进行试验研究,研究泵输出流量、输出压力与驱动电压、驱动频率、相位差之间的关系。可知对于双腔串联泵,异步驱动比同步驱动具有更好的频率适应性及更大的输出流量,工作频率范围为10Hz-400Hz,最大输出流量为94.174mL/min,并且输出压力变动幅度小。对于双腔并联压电泵,异步驱动方式下具有更好的输出性能。双主动阀压电泵具有较宽的工作频率范围,从10Hz到220Hz,通过改变驱动信号间的相位差,可改变液体的流动方向及流量大小,与本文研制的其它压电泵相比,具有独特输出性能。5.基于压电自感知的单腔单振子压电泵流量自测量方法提出一种利用压电自感知功能的压电泵流量自测量方法。对流量影响因素及传感压电信号与压电振子变形关系进行分析,得出传感压电信号特征参数与泵流量有明确对应关系,在传感压电信号中隐含着压电泵流量信息。研制用于流量自测量的传感压电信号参数测量电路样机,并构造用于压电泵流量预测的BP神经网络模型,该神经网络以电压参量、频率作为输入参数,得到流量的预测值。对提出的流量自测量方法进行试验验证,结果表明预测值与试验测量值之间的相关系数在0.9993以上,最大相对误差率小于3.46%。该流量自测量方法具有较好的准确性。并且该流量自测量方法还可以应用到其它类型、结构的压电泵中。6.基于定脉冲数的液体输送精密控制方法在对压电泵驱动特点及输出性能分析基础上,进行基于定脉冲数的液体精密输送控制方法研究。研制定脉冲数控制电路,对基于定脉冲数的液体输送精密控制方法进行试验验证。试验结果表明,在不同的脉冲数下,压电泵输送液体体积具有良好的线性比例关系,最大相对误差为0.424%,相关系数为0.9999,表明基于定脉冲数的液体输送精密控制方法具有可行性。因此在流体输送量精度要求较高的场合,可以根据输送体积,求出对应的脉冲数,向压电泵发送脉冲,实现流体的精密输送控制。