CN107120474A - 一种基于光驱动液控换向微阀装置及其使用方法 - Google Patents

一种基于光驱动液控换向微阀装置及其使用方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于光驱动液控换向微阀装置及其使用方法。本发明所述阀体底部开有进气口，阀体顶部对称开有出气口Ⅰ、出气口Ⅱ，光敏液滴Ⅰ、光敏液滴Ⅱ、光敏液滴Ⅲ位于阀体的通道内且光敏液滴Ⅰ位于出气口Ⅰ正下方、光敏液滴Ⅱ位于进气口正上方、光敏液滴Ⅲ位于出气口Ⅱ正下方，由同一开关控制的光驱组Ⅰ位于出气口Ⅰ的两侧，由同一开关控制的光驱组Ⅱ位于出气口Ⅱ的两侧，由同一开关控制的光驱组Ⅲ位于进气口的两侧，光驱Ⅰ位于光敏液滴Ⅰ的正下方，光驱Ⅱ位于光敏液滴Ⅲ的正下方。本发明解决了换向过程中控制精度低、动态响应特性差和流动效率低等问题。

Description

一种基于光驱动液控换向微阀装置及其使用方法
技术领域
本发明涉及一种基于光驱动液控换向微阀装置及其使用方法，属于精密设备技术领域。
背景技术
多路换向阀是工程机械***中的关键部件之一，随着科技的发展，对换向阀的要求越来越高，比如：控制方式、控制精度、阀体结构和制造装配成本等。
目前主要的驱动方式主要有电磁驱动和压力驱动，主要操作是通过控制压力的大小和电磁的强弱来控制微阀的开关，其控制精度低、动态响应差，成本高等特点且使用次数多会对阀体造成一定的损坏从而降低流动效率。
发明内容
本发明提供了一种基于光驱动液控换向微阀装置及其使用方法，实现微阀换向功能，解决了换向过程中控制精度低、动态响应特性差和流动效率低等问题。
本发明的技术方案是：一种基于光驱动液控换向微阀装置，包括进气口1、光驱Ⅰ2、光敏液滴Ⅰ3、光敏液滴Ⅱ4、出气口Ⅰ5、光驱组Ⅰ6、光驱组Ⅱ7、出气口Ⅱ8、阀体9、光敏液滴Ⅲ10、光驱Ⅱ11和光驱组Ⅲ12；
所述阀体9底部开有进气口1，阀体9顶部对称开有出气口Ⅰ5、出气口Ⅱ8，光敏液滴Ⅰ3、光敏液滴Ⅱ4、光敏液滴Ⅲ10位于阀体9的通道内且光敏液滴Ⅰ3位于出气口Ⅰ5正下方、光敏液滴Ⅱ4位于进气口1正上方、光敏液滴Ⅲ10位于出气口Ⅱ8正下方，由同一开关控制的光驱组Ⅰ6位于出气口Ⅰ5的两侧，由同一开关控制的光驱组Ⅱ7位于出气口Ⅱ8的两侧，由同一开关控制的光驱组Ⅲ12位于进气口1的两侧，光驱Ⅰ2位于光敏液滴Ⅰ3的正下方，光驱Ⅱ11位于光敏液滴Ⅲ10的正下方。
所述阀体9使用聚二甲基硅氧烷材料制作。
一种基于光驱动液控换向微阀装置的使用方法，给微阀进气口1供气，开启光驱组Ⅰ6和光驱Ⅱ11，关闭光驱Ⅰ2、光驱组Ⅱ7和光驱组Ⅲ12，光敏液滴Ⅰ3被光驱组Ⅰ6的光源吸引至出气口Ⅰ5将此出气口堵住，光敏液滴Ⅲ10被光驱Ⅱ11的光源吸引至位于阀体9通道内靠近光驱Ⅱ11的凹槽处，使得气体以最大容量从出气口Ⅱ8流出；
换向：开启光驱Ⅰ2和光驱组Ⅱ7，关闭光驱组Ⅰ6、光驱Ⅱ11和光驱组Ⅲ12，光敏液滴Ⅲ10被光驱组Ⅱ7的光源吸引至出气口Ⅱ8将此出气口堵住，光敏液滴Ⅰ3被光驱Ⅰ2的光源吸引至位于阀体9通道内靠近光驱Ⅰ2的凹槽处，使得气体以最大容量从出气口Ⅰ5流出。
为了防止气体回流，将关闭的光驱组Ⅲ12开启，光敏液滴Ⅱ4移动至进气口1处，将进气口1堵住。
本发明的有益效果是：
1、采用多路换向，提高了***的流动效率。
2、通过光驱动，提高了***的柔韧性并且节能环保。
3、采用多光源可以有效减小由于光源散射产生的干扰信号对测试结果的影响，减小位置误差，提高位置精度，增强动态响应。
4、光敏液滴对光源敏感度极高，以此来提高控制精度，使得的换向功能的准确性，保证了非接触式驱动实现高控制精度。
5、采用以进出口中轴线对称放置的光源，可以有效的保证光敏液滴移动不会偏置，这样能够大大地提高微阀的控制精度和气体流动的效率。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图中各标号为：1-进气口、2-光驱Ⅰ、3-光敏液滴Ⅰ、4-光敏液滴Ⅱ、5-出气口Ⅰ、6-光驱组Ⅰ、7-光驱组Ⅱ、8-出气口Ⅱ、9-阀体、10-光敏液滴Ⅲ、11-光驱Ⅱ、12-光驱组Ⅲ。
具体实施方式
实施例1：如图1所示，一种基于光驱动液控换向微阀装置，包括进气口1、光驱Ⅰ2、光敏液滴Ⅰ3、光敏液滴Ⅱ4、出气口Ⅰ5、光驱组Ⅰ6、光驱组Ⅱ7、出气口Ⅱ8、阀体9、光敏液滴Ⅲ10、光驱Ⅱ11和光驱组Ⅲ12；
所述阀体9底部开有进气口1，阀体9顶部对称开有出气口Ⅰ5、出气口Ⅱ8，光敏液滴Ⅰ3、光敏液滴Ⅱ4、光敏液滴Ⅲ10位于阀体9的通道内且光敏液滴Ⅰ3位于出气口Ⅰ5正下方、光敏液滴Ⅱ4位于进气口1正上方、光敏液滴Ⅲ10位于出气口Ⅱ8正下方，由同一开关控制的光驱组Ⅰ6位于出气口Ⅰ5的两侧，由同一开关控制的光驱组Ⅱ7位于出气口Ⅱ8的两侧，由同一开关控制的光驱组Ⅲ12位于进气口1的两侧，光驱Ⅰ2位于光敏液滴Ⅰ3的正下方，光驱Ⅱ11位于光敏液滴Ⅲ10的正下方。
所述阀体9使用聚二甲基硅氧烷材料制作。
一种基于光驱动液控换向微阀装置的使用方法，给微阀进气口1供气，开启光驱组Ⅰ6和光驱Ⅱ11，关闭光驱Ⅰ2、光驱组Ⅱ7和光驱组Ⅲ12，光敏液滴Ⅰ3被光驱组Ⅰ6的光源吸引至出气口Ⅰ5将此出气口堵住，光敏液滴Ⅲ10被光驱Ⅱ11的光源吸引至位于阀体9通道内靠近光驱Ⅱ11的凹槽处，使得气体以最大容量从出气口Ⅱ8流出；
换向：开启光驱Ⅰ2和光驱组Ⅱ7，关闭光驱组Ⅰ6、光驱Ⅱ11和光驱组Ⅲ12，光敏液滴Ⅲ10被光驱组Ⅱ7的光源吸引至出气口Ⅱ8将此出气口堵住，光敏液滴Ⅰ3被光驱Ⅰ2的光源吸引至位于阀体9通道内靠近光驱Ⅰ2的凹槽处，使得气体以最大容量从出气口Ⅰ5流出。
为了防止气体回流，将关闭的光驱组Ⅲ12开启，光敏液滴Ⅱ4移动至进气口1处，将进气口1堵住。
如：该阀装置长50mm，宽40mm，进气口直径=出气口直径=D1，阀体内部通道直径D2，光敏液滴直径d。
D1的确定：140μm；
D2的确定：320μm；
d的确定：300μm；
满足：D1的取值小于等于D2取值的一半，d的取值要小于D2并且大于D1的两倍；当光敏液滴与通道内部接触即为间隙为0，与不接触的内部最远距离为5000μm。
阀的整体结构以光敏液滴Ⅱ4的圆心为整个阀的中心。
选取光驱所用光强L=0~30Lux，温度保持在20°~25°之间；
光敏液滴对光的敏感度W=98.97%；
光敏液滴的形变量范围为（15%~45%）；
阀门出入口通道夹角b：15~30度。
其中，光敏液滴对光的敏感度随着温度和光强的变化而变化，当温度过高或过低都会影响光敏液滴对光的敏感度，只有温度保持在20°~25°之间并且光强应该保持在0~30Lux之间，光敏液滴的稳定性处于最佳，光敏液滴才能起到精准开闭微阀进出口的作用。
由于微阀的阀体是由PDMS材料构成的，透光性比较好，因此光驱的光照强度不能过大，在这里，光强超过30Lux则会影响其他光敏液滴的运动行程。
光敏液滴需要有一定得形变量，在这里我们选用光功能高分子材料作为光敏液滴的材料，这种材料在光的参与作用下能够表现出一定的变形和移动，并且稳定性很高。当光驱工作时，光敏液滴向阀口移动，要想让光敏液滴使得微阀进出口密封性良好，光敏液滴需要发生一定得变形，然而，变形量不能过大，过大则会导致光敏过度变形而起不到完全封闭的作用，所以光敏液滴的材质的形变量选取范围为：（15%~45%）只有在这个范围之内，才能保证光敏液滴的形变量能够满足精准开闭微阀进出口而不会发生泄漏。
上面结合附图对本发明的具体实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (4)

1.一种基于光驱动液控换向微阀装置，其特征在于：包括进气口（1）、光驱Ⅰ（2）、光敏液滴Ⅰ（3）、光敏液滴Ⅱ（4）、出气口Ⅰ（5）、光驱组Ⅰ（6）、光驱组Ⅱ（7）、出气口Ⅱ（8）、阀体（9）、光敏液滴Ⅲ（10）、光驱Ⅱ（11）和光驱组Ⅲ（12）；
所述阀体（9）底部开有进气口（1），阀体（9）顶部对称开有出气口Ⅰ（5）、出气口Ⅱ（8），光敏液滴Ⅰ（3）、光敏液滴Ⅱ（4）、光敏液滴Ⅲ（10）位于阀体（9）的通道内且光敏液滴Ⅰ（3）位于出气口Ⅰ（5）正下方、光敏液滴Ⅱ（4）位于进气口（1）正上方、光敏液滴Ⅲ（10）位于出气口Ⅱ（8）正下方，由同一开关控制的光驱组Ⅰ（6）位于出气口Ⅰ（5）的两侧，由同一开关控制的光驱组Ⅱ（7）位于出气口Ⅱ（8）的两侧，由同一开关控制的光驱组Ⅲ（12）位于进气口（1）的两侧，光驱Ⅰ（2）位于光敏液滴Ⅰ（3）的正下方，光驱Ⅱ（11）位于光敏液滴Ⅲ（10）的正下方。
2.根据权利要求1所述的基于光驱动液控换向微阀装置，其特征在于：所述阀体（9）使用聚二甲基硅氧烷材料制作。
3.一种使用权利要求1所述的基于光驱动液控换向微阀装置的方法，其特征在于：
给微阀进气口（1）供气，开启光驱组Ⅰ（6）和光驱Ⅱ（11），关闭光驱Ⅰ（2）、光驱组Ⅱ（7）和光驱组Ⅲ（12），光敏液滴Ⅰ（3）被光驱组Ⅰ（6）的光源吸引至出气口Ⅰ（5）将此出气口堵住，光敏液滴Ⅲ（10）被光驱Ⅱ（11）的光源吸引至位于阀体（9）通道内靠近光驱Ⅱ（11）的凹槽处，使得气体以最大容量从出气口Ⅱ（8）流出；
换向：开启光驱Ⅰ（2）和光驱组Ⅱ（7），关闭光驱组Ⅰ（6）、光驱Ⅱ（11）和光驱组Ⅲ（12），光敏液滴Ⅲ（10）被光驱组Ⅱ（7）的光源吸引至出气口Ⅱ（8）将此出气口堵住，光敏液滴Ⅰ（3）被光驱Ⅰ（2）的光源吸引至位于阀体（9）通道内靠近光驱Ⅰ（2）的凹槽处，使得气体以最大容量从出气口Ⅰ（5）流出。
4.根据权利要求3所述的使用基于光驱动液控换向微阀装置的方法，其特征在于：为了防止气体回流，将关闭的光驱组Ⅲ（12）开启，光敏液滴Ⅱ（4）移动至进气口（1）处，将进气口（1）堵住。
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