[发明专利]用于在盘泵中进行电化学检测的系统和方法

说明书

发明背景

本发明根据35 USC§119(e)要求洛克(Locke)等人在2012年2月10日提交的题为“用于在盘泵中进行电化学检测的系统和方法(Systems and Methods for Electrochemical Detection in a Disc Pump)”的美国临时专利申请序号61/597,470的提交的权益，出于所有目的将该文献通过引用结合在此。

1.发明领域

本发明的说明性实施例总体上涉及一种用于流体的盘泵，并且更确切地说涉及一种泵送空腔是大体上圆柱形状的盘泵，该盘泵具有多个端壁和在这些端壁之间的一个侧壁，其中这些端壁之间布置有一个致动器。本发明的说明性实施例更具体地涉及具有整合的电化学检测系统的一种盘泵。

2.相关技术说明

密闭空腔中高幅压力振荡的产生已经在热声学和盘泵型压缩机领域中受到大量关注。非线性声学方面的新近发展已经允许具有比先前认为可能的振幅更高的振幅的压力波的产生。

已知使用声共振来实现从所限定的入口和出口进行流体泵送。这可以使用在一端具有一个声学驱动器的一个圆柱形空腔来实现，该声学驱动器驱动一个声学驻波。在这种圆柱形空腔中，声压波具有有限振幅。变化截面的空腔形状(如锥形、角锥形、以及球形)已被用于实现高幅压力振荡，由此显著提高泵送效果。在这些高幅波中，伴随能量耗散的非线性机制已被抑制。然而，高幅的声共振直到最近仍未被用于其中的径向压力振荡被激发的盘形空腔内。公开为WO 2006/111775的国际专利申请号PCT/GB 2006/001487披露了一种盘泵，该盘泵具有一个纵横比(即空腔的半径与空腔的高度的比率)较高的一个大体上盘形的空腔。

这种盘泵具有一个大体上圆柱形的空腔，该圆柱形的空腔包括在每一端由端壁封闭的一个侧壁。该盘泵还包括一个致动器，该致动器这些驱动端壁中的任一者以便沿大体上垂直于被驱动端壁的表面的一个方向振荡。被驱动端壁的运动的空间特征被描述为与空腔内的流体压力振荡的空间特征相匹配，这是一种在此被描述为模式匹配的状态。当该盘泵是模式匹配的时，致动器对空腔中的流体所做的功在被驱动端壁表面上有利地增加，由此增强该空腔中压力振荡的振幅并且传递较高盘泵效率。一个模式匹配的盘泵的效率取决于被驱动端壁与侧壁之间的界面。希望通过以下方式来维持这种盘泵的效率：建构该界面以使得它不会减小或抑制被驱动端壁的运动，由此减缓空腔内流体压力振荡的振幅方面的任何减小。

上述盘泵的致动器引起被驱动端壁的沿大体上垂直于端壁或大体上平行于圆柱形空腔的纵轴线的一个方向的一种振荡运动(“位移振荡”)，在下文中被称为在该空腔内被驱动端壁的“轴向振荡”。该被驱动端壁的轴向振荡在空腔内产生流体的大体上成比例的“压力振荡”，从而产生接近如国际专利申请号PCT/GB 2006/001487中所描述的第一类的贝塞耳函数(Bessel function)的一种径向压力分布，该申请通过引用结合在此，这些振荡在下文中被称为该空腔内流体压力的“径向振荡”。致动器与侧壁之间的被驱动端壁的一部分提供一个具有泵的侧壁的界面，该界面减小位移振荡的阻尼，从而减缓空腔内压力振荡的任何减小，该部分在下文中被称为一种“隔离物”，如美国专利申请号12/477,594中更确切地描述，该申请通过引用结合在此。隔离物的说明性实施例与被驱动端壁的外围部分操作性相关联，以便降低该位移振荡的阻尼。

这类盘泵还要求用于控制穿过该盘泵的流体流动的一个或多个阀、以及更确切地说能够以较高频率操作的阀。常规的阀典型地针对多种应用以小于500 Hz的低频率操作。例如，许多常规压缩机典型地以50 Hz或60 Hz操作。本领域中已知的线性共振压缩机在150 Hz与350 Hz之间操作。然而，许多便携式电子装置(包括医疗装置)需要用于传递正压或提供真空的盘泵，这些盘泵的大小相对较小，并且有利的是这类盘泵在操作中是听不见的，以便提供分立的操作。为了实现这些目标，这类盘泵必须以极高频率操作，从而需要能够在约20 kHz和更高下操作的阀。为了以这些高频率操作，该阀必须对可以被校正以产生穿过该盘泵的流体净流动的一种高频振荡压力作出响应。这种阀在国际专利申请号PCT/GB 2009/050614中更确切地进行了描述，该申请通过引用结合在此。