采用步进电机的微流控芯片气压驱动系统压力特性研究

针对目前气动微流控芯片控制系统微型化集成化的需求,提出了一种采用步进电机的微流控芯片气压驱动系统,通过控制器信号驱动步进电机,使PDMS流道产生了形变从而改变了阀口开度,实现了气体容腔的压力控制,对微阀的流量和气体容腔的压力进行了分析,采用Simulink搭建非线性模块,建立了系统的仿真模型,对系统的压力特性进行了仿真,得到了在不同的步进电机阶跃信号作用下的气压驱动系统压力的动态响应特性,并搭建了试验平台进行了验证。结果表明:试验结果与仿真结果基本吻合,该系统能够较快地响应于气压容器,阀口开度越大,气体容器的压力上升越快,稳定压力越高。

气体静压轴承-转子系统临界转速预估方法研究

针对精密电主轴对高转速的要求,设计研制了一套球面气体静压轴承-转子系统,同时针对气膜支承动态非线性变化的特点,提出了气体静压轴承-转子系统临界转速预估方法。建立了球面气体静压轴承和转子离散化数值分析模型,通过轴承流场数值模拟与转子动力学方程的耦合分析,合理预估了系统的一、二阶临界转速。实验结果表明:设计的球面气体静压轴承-系统运行平稳,可很好地满足精密电主轴高转速运转要求。

磁珠分离式样品提取微流控芯片的磁珠运动速度建模及特性研究

为提高磁珠分离式生物医学样品的提取效率,采用永磁和软磁体相结合的磁场设计结构,提出一种新型磁珠分离式样品提取微流控芯片。利用静磁学和流体力学基本原理推导出流场中磁珠运动的速度模型,通过多物理场耦合仿真软件对流场中磁珠运动规律进行瞬态仿真,分析软磁体的结构和分布对微流道内磁珠的水平分速度以及竖直分速度的影响关系,计算不同设计结构所允许的磁珠完全吸附时微流道中最大允许流量。结果表明,增大软磁体的厚度可以快速减小磁珠水平运动的速度,并减小其在垂直方向上的波动,且在双软磁体作用时,软磁体的间距越大,水平方向和垂直方向的速度波动越大;间距越小,磁珠粒子速度稳定的时间越短。