基于压电驱动的胰岛素给药微泵研究

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1、硕士学位论文基于压电驱动的胰岛素给药微泵研究RESEARCHONPIEZOELECTRICMICROPUMPFORINSULINDELIVERY尹华飞哈尔滨工业大学2016年12月万方数据国内图书分类号：TH323学校代码：10213国际图书分类号：621密级：公开工程硕士学位论文基于压电驱动的胰岛素给药微泵研究硕士研究生：尹华飞导师：刘守斌副教授申请学位：工程硕士学科：机械工程所在单位：深圳研究生院答辩日期：2016年12月授予学位单位：哈尔滨工业大学万方数据ClassifiedIndex:TH323U.D.C:621Disserta

2、tionfortheMaster’sDegreeofEngineeringRESEARCHONPIEZOELECTRICMICROPUMPFORINSULINDELIVERYCandidate：YINHuafeiSupervisor：AssociateProf.LIUShoubinAcademicDegreeAppliedfor：Master’sDegreeofEngineeringSpeciality：MechanicalEngineeringAffiliation：ShenzhenGraduateSchoolDateofDefe

3、nce：December,2016Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology万方数据哈尔滨工业大学工程硕士学位论文摘要在糖尿病患病率逐年上升的大背景下，患者对佩戴便携式胰岛素泵维持体内正常胰岛素量的需求不断增加。面对传统柱塞式胰岛素泵价格居高不下等问题，基于压电驱动的胰岛素泵的研制可免除微型步进电机与精密传动装置的使用，从而降低胰岛素泵的成本，有利于产品的迅速普及。同时压电驱动的胰岛素泵在驱动原理上与传统柱塞式胰岛素泵有很大不同，利用的是压电材料在变化的正负电压驱动

4、下所产生的形变配合阀门驱动液体单向流动，结构中没有传动部件，有进一步向微小型化发展的潜力，拥有巨大的市场价值。本文以用于便携式胰岛素泵的压电微泵作为研究重点。为了确定其重要组成部件压电振子及悬臂梁单向阀的结构参数，本文在理论计算的基础上，建立了压电振子及悬臂阀门的仿真模型，通过有限元仿真的手段分析了组件的运动特性，计算组件的固有频率、振动幅度等重要参数。最终通过优化设计分析确定了零部件原始参数。为进一步研究悬臂阀在工作过程中与液体的相互作用，以及进行微泵腔体流道设计，对压电泵所涉及的流体区域进行建模，通过仿真软件ANSYSWorkben

5、ch与Fluent的联合分析，将双向固液耦合分析的手段引入有阀压电微泵的设计之中，细化了阀门形状设计、确定了阀门与泵体间的配合尺寸、安装间隙及出口流道形式。并结合上述分析分别对单腔体和双腔体微泵结构进行设计。为满足压电微泵设计前期测试的需要，设计了压电泵驱动电路。形成了前端由单片机控制输出频率，后端由互补放大电路进行幅度调节的方波输出形式的驱动电路的方案，制作了驱动电路板。对压电胰岛素泵的各组成部件进行了小批量加工试制，装配出实验样机，并对批量生产工艺进行了研究。对制作的样机进行性能测试，通过多次反复实验来调整胰岛素压电泵的各尺寸参数，

6、确定最佳性能的制造及装配参数，寻找压电微泵的最佳工作点，测试出此时压电泵输出的流量、压力及流量的最小分辨量。并对便携式压电胰岛素泵整机的开发进行了宏观上的探索。关键词：胰岛素泵；压电驱动式；悬臂梁阀；固液耦合分析；驱动电路-I-万方数据哈尔滨工业大学工程硕士学位论文AbstractWiththeincreasedprevalenceofdiabetes,thepatientwearingaportableinsulinpumptomaintainthebody’snormalamountofinsulindemandcontinuest

7、oincrease.Inthefaceofthehighpriceofthetraditionalplungerinsulinpumpsandotherissues,thedevelopmentofpiezoelectricinsulinpumpscanbeexemptedfromtheuseofmicro-steppermotorandprecisiontransmissiondevice,whichsavesthepurchasecostoftheinsulinpumpandisconducivetotherapidspreadof

8、products.Atthesametime,thedrivingprincipleoftheinsulinpumpisverydifferentfromthatofthetraditionalplunge