随着人们生活水平的提高和生活方式的转变，糖尿病已成为多发病和常见病并成为人类继心脑血管病、癌症之后的第三大杀手。胰岛素泵是糖尿病强化治疗的最佳手段，不仅实现了血糖的最佳控制，而且对糖尿病治疗过程中难以控制的高血糖、脆性糖尿病、反复低血糖、黎明现象、胃轻瘫等常规注射方式难以控制血糖的情况提供了有效的手段。

为了实现胰岛素泵的微型化，方便糖尿病患者使用，本研究着力于将泵体部分小型化，将压电隔膜泵应用到胰岛素泵中去，作为其核心动力部分，与传统电机/减速器方式相比体积大大减小。本文对压电微泵的性能做了系统的测试和总结。

1实验平台的搭建

1.1本实验所用到的设备及其说明

(1)信号发生器

本实验所采用的信号发生器型号是XFD-8B，该仪器具有多种输出波形，输出电压范围0～250 V，频率可调范围0.000 5 Hz～10 kHz，用来提供压电陶瓷元件致动的交流电环境。

(2)微量天平

本实验所采集的数据是使用秒表计时1 min并收集压电泵出口泵出来的液体，然后利用微量天平(精度0.000 1 g)称其质量，再换成泵的流速。微量天平采用Kibron公司生产的SuperG超微量天平。

(3)背压模拟系统

本实验采用传感器标定法来模拟实际背压。传感器测试部分的结构：该装置由上下两层构成，中间用硅橡胶膜隔开。上层开两个小孔，液体从一边进入，从另一边流出。下层最底部安装压力传感器，并在硅胶膜下面的腔体内注满硅油。为防止胰岛素或者硅油泄露，两层之间加一密封圈。上下两层用4个螺钉固定，底部传感器密封。

(4)微电压泵系统连接如图1所示。

图1微电压泵系统组装示意图

在系统装配良好的情况下，单独从4号口推药，由于保护装置的存在，保护膜将把5，6两孔堵塞，液体不会从8流出，甚至液体都不会进入泵液部分，因为该保护装置对气体同样适用；将5号孔的管子拔除，然后从4号口向里注射液体，则泵液部分出口会有液体流出，待排空从4号孔至泵液部分出口之间的气泡后，将5号口的管子装上，这时，给泵液部分加上交变电压，液体将从8号孔流出；将8号孔堵住，由于背压的存在，传感器读数将发生变化。

1.2实验说明

本实验主要是测试压电微泵的流速与其他条件（波形、驱动电压，频率，背压，管子直径等）的关系以及微泵的稳定性等问题，利用信号发生器及搭建起来的管路改变泵的工作环境，利用微量天平称取一分钟内从泵的出口流出来的液体的质量，建立起流速与其他参数之间的关系。

实验过程中所要采集的数据为：压电微泵驱动液体(水)的流速(mL/min)；驱动电压(V)、频率(Hz)、背压(Pa)等。

2性能研究

本研究所做的实验主要为了探讨以下几个问题：

(1)探讨压电陶瓷片在不同波形驱动下，微泵流速的比较，为驱动电压波形的选择提供依据；

(2)压电微泵的流速与驱动电压和频率的关系，为压电微泵工作找到一个合适的工作点；

(3)探讨粗管与细管对压电微泵工作效率的影响；

(4)压电微泵流速与背压的关系，测试压电微泵在出口背压不同的情况下其流速的变化情况；

(5)讨论压电微泵性能的稳定性，探讨长时间工作下压电微泵泵液效率是否会有衰减。

3结论

在性能研究方面，本文探讨了不同驱动波形，不同工作条件，粗细管等对压电微泵性能的影响以及压电微泵的稳定性。综合本研究结果得到以下结论：

(1)压电微泵单向阀闭合与张开的有效性对其性能影响很大。方波电压驱动微泵流速最大，约是正弦波驱动的两倍，锯齿波驱动的三倍；压电微泵在高频区工作时，阀膜的开关与闭合的频率亦不能和驱动电压的频率匹配，故压电微泵的效率与驱动频率之间的关系并不是简单的线性关系，而是一个复杂的关系。

(2)压电微泵工作时，并不能简单把液面高度等同于背压。本研究采用传感器标定的方式来消除这个差异，传感器将液面高度（静态背压）和阻力综合反映出来，本文认为，这才是真正的背压。经测试，微泵的流速与背压几乎成线性递减关系，并且和选用管子的内径无关。这是流量控制的一个关键。

(3)压电微泵的稳定性不好并且存在衰减。稳定性不好是因为泵腔内容易混进微小气泡，导致微泵的性能下降，采取一定的措施后，微泵性能可望得到恢复；衰减则是微泵性能一种不可逆的变化，无论采取什么措施均不能使其性能恢复。