[发明专利]电致动人工肌肉泵及其控制方法

说明书

 

技术领域

本发明涉及流体泵，属于机械泵中的变容积泵领域，具体地说是一种利用电致动人工肌肉的电致应变效应实现流体泵送功能的医学操作用小流量泵，尤其涉及电致动人工肌肉泵及其控制方法。

技术背景

 医用流体输送装置是一类重要医疗器具，在医学操作和手术中发挥极为重要的作用。例如，在腹腔镜检查和内窥镜检查中，就需采用流体泵向患处输送药物，在血液透析或心脏手术中，也需利用泵向血透机或人工心肺机输送血液，此外泵还经常用于采集人体体液，以便进行医学分析。目前，绝大多数医用泵都采用正排量泵和离心泵。

正排量泵利用齿轮、螺旋、滚柱等部件将流体从吸入端吸入泵腔，再将流体输至排出端，具有流量稳定，抽吸力强，压头稳定和结构简单等特点。离心泵则通过泵轴带动叶轮旋转，驱使流体在离心力作用下由叶片流道甩向叶轮出口，再经蜗壳收集后送入排出管，它具有空间占用小、噪声小、成本低且无脉动现象等特点，但是离心泵的抽吸力较低、水头小且摩擦损失较大。正排量泵和离子泵包括有齿轮泵、蠕动泵、活塞泵、径向叶轮泵、轴流泵等多种型式。不管是正排量泵还是离心泵，它们通常都需利用电动机或内燃机进行直接或间接驱动。

 现有的正排量泵和离心泵技术正日臻成熟，在生产和生活等各领域已得到广泛使用。但尽管如此，这些泵也存在一定的不足，比如，在它们的泵腔内通常需要设置一个较大的转子系统，这使得泵结构变得比较复杂。特别是，转子系统通常还与流体直接接触（如叶轮泵、齿轮泵），这就大大增加了流体受污染的可能性，从而也制约了其在医学领域的应用。在这种条件下，不断推出全新的泵送技术来解决此类问题，并丰富流体泵的型式，就变得非常有必要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用电致动人工肌肉（IPMC）作动器的电致弯曲应变效应实现流体泵送的技术及装置，并具有结构简单、泵送效率高、低电压驱动、能实现精密流量控制等优点。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的。电致动人工肌肉泵，包括泵腔、泵盖、导流管、隔膜、人工肌肉片、电控单向阀A、电控单向阀B、蓄能器、驱动控制器和支座，泵腔外安装有支座，泵腔的一端连接导流管，泵腔另一端与泵盖连接，在泵腔与泵盖的结合面夹有隔膜，人工肌肉片安装在隔膜靠泵盖的一面，电控单向阀A连接导流管的入口，电控单向阀B连接导流管的出口，与电控单向阀B相连接的导流管上安装有蓄能器，人工肌肉片、电控单向阀A和电控单向阀B通过导线连接驱动控制器。

所述泵腔的一端封闭面上设置有连接导流管的开口，另一端为管状且外周边设置有法兰盘。

所述泵盖为半圆凹形，其一端外周边设置有与泵腔管状端对应的法兰盘，另一端为封闭凹面，且设有通孔。

所述人工肌肉片均布于隔膜上。

所述隔膜为封闭弹性膜片，厚度为0.15mm～0.5 mm。

电致动人工肌肉泵的控制方法：

1）驱动控制器向人工肌肉片提供占空比为50%连续可调的双极性方波激励信号，信号的幅值为1V～10V，输出激励信号的频率为0.1Hz～10Hz；

2）泵抽吸时，通过驱动控制器控制电控单向阀A通电，开启导流管的入口，同时电控单向阀B断电，关闭导流管出口，对两片隔膜上的人工肌肉片通入正电压，激励人工肌肉片并驱使隔膜同步向泵盖凹形面弯曲；

 3）泵排时，通过驱动控制器控制电控单向阀A关闭，操控关闭导流管的入口，并对电控单向阀B进行通电以打开出口，对两片隔膜上的人工肌肉片通入负电压，激励人工肌肉片并驱使隔膜同步向泵腔内弯曲；

4）导流管上安装的蓄能器吸收系统脉动，缓和液压冲击，吸收系统压力突变时的冲击；

5）通过抽吸和泵排两个过程完成泵送循环。

本发明的技术效果是：（1）泵的电--机能量转换过程通过人工肌肉片来进行，从而实现了流体泵驱动的无原动机化，并提高了泵的运行效率；（2）泵以人工肌肉片为执行件对弹性隔膜直接驱动，可省去传统流体泵所需的庞杂的运动机构，从而简化了泵的结构；（3）由于作为泵的执行件人工肌肉片不与流体接触，因此能避免执行件对流体的污染；（4）由于人工肌肉片的驱动电压比较低（通常低于10V），因此该泵可低电压驱动运转；（5）由于改变人工肌肉的驱动电压幅值即能改变人工肌肉的致动量，进而能改变泵容积幅度，改变人工肌肉片的驱动频率便可改变泵送速度，这就使该泵能实现精密流量控制。

附图说明

图1是本发明的外形结构示意图。

图2是本发明的原理图。

图3是本发明的结构剖视图。