隨著(zhù)人們生活水平的提高和生活方式的轉變，糖尿病已成為多發(fā)病和常見(jiàn)病并成為人類(lèi)繼心腦血管病、癌癥之后的第三大殺手。胰島素泵是糖尿病強化治療的最佳手段，不僅實(shí)現了血糖的最佳控制，而且對糖尿病治療過(guò)程中難以控制的高血糖、脆性糖尿病、反復低血糖、黎明現象、胃輕癱等常規注射方式難以控制血糖的情況提供了有效的手段。

為了實(shí)現胰島素泵的微型化，方便糖尿病患者使用，本研究著(zhù)力于將泵體部分小型化，將壓電隔膜泵應用到胰島素泵中去，作為其核心動(dòng)力部分，與傳統電機/減速器方式相比體積大大減小。本文對壓電微泵的性能做了系統的測試和總結。

1實(shí)驗平臺的搭建

1.1本實(shí)驗所用到的設備及其說(shuō)明

(1)信號發(fā)生器

本實(shí)驗所采用的信號發(fā)生器型號是XFD-8B，該儀器具有多種輸出波形，輸出電壓范圍0～250 V，頻率可調范圍0.000 5 Hz～10 kHz，用來(lái)提供壓電陶瓷元件致動(dòng)的交流電環(huán)境。

(2)微量天平

本實(shí)驗所采集的數據是使用秒表計時(shí)1 min并收集壓電泵出口泵出來(lái)的液體，然后利用微量天平(精度0.000 1 g)稱(chēng)其質(zhì)量，再換成泵的流速。微量天平采用Kibron公司生產(chǎn)的SuperG超微量天平。

(3)背壓模擬系統

本實(shí)驗采用傳感器標定法來(lái)模擬實(shí)際背壓。傳感器測試部分的結構：該裝置由上下兩層構成，中間用硅橡膠膜隔開(kāi)。上層開(kāi)兩個(gè)小孔，液體從一邊進(jìn)入，從另一邊流出。下層最底部安裝壓力傳感器，并在硅膠膜下面的腔體內注滿(mǎn)硅油。為防止胰島素或者硅油泄露，兩層之間加一密封圈。上下兩層用4個(gè)螺釘固定，底部傳感器密封。

(4)微電壓泵系統連接如圖1所示。

圖1微電壓泵系統組裝示意圖

在系統裝配良好的情況下，單獨從4號口推藥，由于保護裝置的存在，保護膜將把5，6兩孔堵塞，液體不會(huì )從8流出，甚至液體都不會(huì )進(jìn)入泵液部分，因為該保護裝置對氣體同樣適用；將5號孔的管子拔除，然后從4號口向里注射液體，則泵液部分出口會(huì )有液體流出，待排空從4號孔至泵液部分出口之間的氣泡后，將5號口的管子裝上，這時(shí)，給泵液部分加上交變電壓，液體將從8號孔流出；將8號孔堵住，由于背壓的存在，傳感器讀數將發(fā)生變化。

1.2實(shí)驗說(shuō)明

本實(shí)驗主要是測試壓電微泵的流速與其他條件（波形、驅動(dòng)電壓，頻率，背壓，管子直徑等）的關(guān)系以及微泵的穩定性等問(wèn)題，利用信號發(fā)生器及搭建起來(lái)的管路改變泵的工作環(huán)境，利用微量天平稱(chēng)取一分鐘內從泵的出口流出來(lái)的液體的質(zhì)量，建立起流速與其他參數之間的關(guān)系。

實(shí)驗過(guò)程中所要采集的數據為：壓電微泵驅動(dòng)液體(水)的流速(mL/min)；驅動(dòng)電壓(V)、頻率(Hz)、背壓(Pa)等。

2性能研究

本研究所做的實(shí)驗主要為了探討以下幾個(gè)問(wèn)題：

(1)探討壓電陶瓷片在不同波形驅動(dòng)下，微泵流速的比較，為驅動(dòng)電壓波形的選擇提供依據；

(2)壓電微泵的流速與驅動(dòng)電壓和頻率的關(guān)系，為壓電微泵工作找到一個(gè)合適的工作點(diǎn)；

(3)探討粗管與細管對壓電微泵工作效率的影響；

(4)壓電微泵流速與背壓的關(guān)系，測試壓電微泵在出口背壓不同的情況下其流速的變化情況；

(5)討論壓電微泵性能的穩定性，探討長(cháng)時(shí)間工作下壓電微泵泵液效率是否會(huì )有衰減。

3結論

在性能研究方面，本文探討了不同驅動(dòng)波形，不同工作條件，粗細管等對壓電微泵性能的影響以及壓電微泵的穩定性。綜合本研究結果得到以下結論：

(1)壓電微泵單向閥閉合與張開(kāi)的有效性對其性能影響很大。方波電壓驅動(dòng)微泵流速最大，約是正弦波驅動(dòng)的兩倍，鋸齒波驅動(dòng)的三倍；壓電微泵在高頻區工作時(shí)，閥膜的開(kāi)關(guān)與閉合的頻率亦不能和驅動(dòng)電壓的頻率匹配，故壓電微泵的效率與驅動(dòng)頻率之間的關(guān)系并不是簡(jiǎn)單的線(xiàn)性關(guān)系，而是一個(gè)復雜的關(guān)系。

(2)壓電微泵工作時(shí)，并不能簡(jiǎn)單把液面高度等同于背壓。本研究采用傳感器標定的方式來(lái)消除這個(gè)差異，傳感器將液面高度（靜態(tài)背壓）和阻力綜合反映出來(lái)，本文認為，這才是真正的背壓。經(jīng)測試，微泵的流速與背壓幾乎成線(xiàn)性遞減關(guān)系，并且和選用管子的內徑無(wú)關(guān)。這是流量控制的一個(gè)關(guān)鍵。

(3)壓電微泵的穩定性不好并且存在衰減。穩定性不好是因為泵腔內容易混進(jìn)微小氣泡，導致微泵的性能下降，采取一定的措施后，微泵性能可望得到恢復；衰減則是微泵性能一種不可逆的變化，無(wú)論采取什么措施均不能使其性能恢復。