549_Sovremennye_problemy_telekommunikatsij_

Таблица 1. Описание совпадений известных патологий с патологиями, определѐнными электрическим методом, по болевому эффекту и с помощью визуализации высокоактивных точек соответствия органам и участкам тела.

В таблице Rокр.ср = ∑Rn/n, где n = 4 – 9 – число замеров электрического сопротивления окружающих участков кожного покрова (вокруг светящейся точки).

Анализ рисунков и данных таблицы показывает, что электрическое сопротивление кожного покрова в области светящихся точек значительно ниже среднего значения электрического сопротивления окружающих тканей. Это говорит о том, что светящиеся точки являются биологически активными [4]. Указанное подтверждается наличием болезненного эффекта при надавливании на кожный покров в области светящихся точек [1]. В таблице также отмечено совпадение патологий по опросу с патологиями, определенными по сопротивлению, по болевому эффекту и с помощью визуализации. Вышесказанное позволяет утверждать, что светящиеся точки, с высокой долей достоверности, являются проекционными для органа с патологией [4].

4. Заключение

Таким образом, проведѐнные исследования подтверждают достоверность выявления патологии органов путѐм визуализации высокоактивных точек соответствия оптическим методом.

533

лезна для ознакомления с данным видом устройств, а также поможет выбрать определенную базовую конструкцию в зависимости от области применения.

2. Принцип действия мембранного микронасоса

Микронасосы можно разделить на две большие группы: механические и немеханические миконасосы.

Немеханические микронасосы основаны на прямом преобразовании энергии в непрерывное перемещение жидкости. Механические микронасосы используют колебательное или вращательное перемещение механических частей для перекачивания жидкостей. Основное преимущество механических микронасосов — возможность перекачивать любые жидкости (не только проводящие или диэлектрические как в случае немеханических микронасосов) и газы [6].

Наибольшее распространение среди механических микронасосов получили микронасосы мембранного типа. На рисунке 1 схематически изображена структура и принцип действия такого микронасоса. Основные компоненты мембранного микронасоса — камера насоса, ограниченная с одной или более сторон мембраной, устройство воздействия на мембрану (актюатор), входной и выходной микроклапаны. Поток жидкости или газа образуется за счет колебания мембраны микронасоса под действием актюатора. В результате колебания мембраны в камере микронасоса поочередно создается пониженное и избыточное давление. Прокачка жидкости или газа через микронасос осуществляется за два такта. Во время первого такта (такта втягивания) за счет изгиба мембраны в камере микронасоса создается пониженное давление (объем камеры увеличивается), и жидкость засасывается в камеру насоса через входной микроклапан. В следующий такт (такт выталкивания) под действием актюатора на мембрану в камере микронасоса создается избыточное давление (объем камеры микронасоса уменьшается), за счет которого жидкость из камеры насоса перемещается через клапан к выходному отверстию. Клапаны на входе и на выходе задают направление течения жидкости или газа, блокируют нежелательный обратный поток.

Рис. 1. Схематическое изображение структуры и принцип действия мембранного микронасоса

3. Механизм актюации

Выбор механизма актюации играет важную роль в определении производительности микронасоса, потому что влияет на скорость, силу и величину отклонения мембраны насоса. Наиболее распространенные механизмы актюации: электростатический, пьезоэлектрический, термопневматический, электромагнитый.

Электростатическая актюация использует кулоновские силы притяжения между двумя противоположно заряженными электродами для прогиба мембраны, которой является один из электродов, как показано на рисунке 2. При возникновении напряжения между электродами происходит прогиб мембраны, в результате чего в зависимости от конструкции увели-

536

чивается или уменьшается объем камеры насоса под мембраной. Когда приложенное напряжение снимается, мембрана возвращается в первоначальное положение за счет механической жесткости [7].

Рис. 2. Структура электростатической актюации

В основе пьезоэлектрической актюации лежит деформация пьезоэлектрического материала, прикрепленного к подвижной мембране, под действием электрического поля, как показано на рисунке 3 [8].

Рис. 3. Структура пьезоэлектрической актюации

В термопневматических актюаторах присутствует дополнительная камера, которая заполняется газом. С помощью микронагревателей увеличивается температура газа, следовательно, увеличивается давление внутри этой камеры, в результате чего происходит прогиб мембраны. Структура термопневматической актюации изображена на рисунке 4 [9].

Рис. 4. Структура термопневматической актюации

Электромагнитные актюаторы в основном состоят из микрокатушек и постоянных магнитов. Либо набор микрокатушек, либо постоянные магниты крепятся на подвижную мембрану. При прохождении тока через катушки, образуется магнитное поле притяжения или отталкивания между набором катушек и постоянными магнитами. На рисунке 5 изображена структура электромагнитной актюации [10].

Рис. 5. Структура электромагнитной актюации

537

Достоинства и недостатки распространенных механизмов актюации представлены в таблице 1.

Таблица 1. Достоинства и недостатки распространенных видов актюации

4. Микроклапаны

Важными элементами микронасосов являются микроклапаны, которые сильно влияют на такие параметры микронасоса, как дифференциальное давление, скорость потока и эффективность. Микроклапаны делятся на механические и немеханические. В свою очередь механические микроклапаны делятся на пассивные и активные.

Пассивные микроклапаны ограничивают поток жидкости или газа с помощью изменения давления в камере микронасоса. Структура микронасоса с пассивными микроклапанами и принцип работы пассивных микроклапанов представлены на рисунке 2. Изменение давления в камере микронасоса осуществляется непосредственно с помощью колебаний мембраны. Пассивный микроклапан представляет собой нормально-закрытый, однонаправленный микроклапан. Микроклапан остается закрытым до тех пор, пока дифференциальное давление через него не станет достаточно большим, чтобы открыть его [11].

Рис. 2. Схематическое изображение структуры микронасоса с пассивными микроклапанами и принцип действия пассивных микроклапанов

538

Активные микроклапаны — это клапаны, которые открываются и закрываются под действием независимого актюатора. Управляя временем и продолжительностью открытого/закрытого состояния микроклапана, уменьшаются утечки потока, регулируется рабочая частота. Наиболее распространенные виды актюации для активных микроклапанов: электростатическая, пьезоэлектрическая, термопневматическая и биметаллическая. Структура и принцип работы микронасоса с активными микроклапанами представлены на рисунке 3 [12].

Рис. 3. Структуры и принцип действия микронасоса с активными микроклапанами

В микронасосах с немеханическими клапанами направление потока жидкости или газа задается, используя разные гидравлические сопротивления в прямом и обратном направлении элементов определенной геометрии (диффузор). У микроклапанов диффузорного типа гидравлическое сопротивление в прямом направлении меньше, чем в обратном. На рисунке 4 изображены структура и принцип действия микронасоса с немеханическими микроклапанами. Во время такта втягивания из-за того, что микроклапан на входе имеет меньше гидравлическое сопротивление, чем на выходе, большая часть потока жидкости или газа в камеру попадет через входное отверстие. Обратная ситуация происходит во время такта выталкива-

ния [13].

Рис. 4. Структуры и принцип действия микронасоса с немеханическими микроклапанами

Достоинства и недостатки микронаносов с разными типами микроклапанов представлены в таблице 2.

Таблица 2. Достоинства и недостатки микронасосов с разными типами микроклапанов

539

5. Заключение

На данный момент микронасосы мембранного типа с пьезоэлектрической актюацией в дискретном исполнении выпускаются фирмами Bartels Mikrotechnik GmbH, MicroJet Technology Co. Но все больший интерес вызывает изготовление микронасосов в интегральном исполнении в составе готового устройства или системы. Мировой рынок микрофлюидных систем по разным прогнозам к 2018 году может достичь 4 миллиардов долларов. Наиболее высокий среднегодовой темп роста, как ожидается, будут иметь системы доставки лекарств. Широкое использование микронасосов, которые повышают надежность и эффективность доставки лекарств, является определяющим фактором роста рынка. Таким образом, развитию микронасосов, разработке новых конструкций, использованию новых материалов и улучшению технологий изготовления будет уделяться большое внимание.

Литература

1.Abhari F., Jaafar H. A comprehensive study of micropumps technologies // Int. J. Electrochem. Sci. 7. 2012. P. 9765–9780.

2.Waseem A. M., Shahzadi T., Asim N., Nitin A. MEMS based system for drug delivery // 6th International Conference on Emerging Technologies. Islamabad, Pakistan, 2010. P. 82–87.

3.Nisar A., Afzulpurkar N., Mahaisavariya B., Tuantranont A. MEMS-based micropumps in drug delivery and biomedical applications // Sensors and Actuators B. 130. 2008. P. 917–942.

4.Laser D. J., Santiago J. G. A review of micropumps // J. Micromech. Microeng. 14. 2004. P. 35–64.

5.Xue-feng H., Sheng-ji L., Guan-qing W., Dan L., Yan L., Ning D., Jiang-rong X. Micropump application for micro power systems: A review // IEEE Asia-Pacific Power and Energy Engineering Conference (APPEEC). Wuhan, China, 2011. P. 1–4.

6.Левицкий, А. А., Левицкая З. В., Ситников А. М. Компоненты микросистемной техники. Лабораторный практикум. Учебное пособие. СФУ,Красноярск. 2007. 85 с.

7.Li L., Zhu R., Zhou Z., Ren J. Modeling of a micropump membrane with electrostatic actuator // IEEE 2nd International Conference on Advanced Computer Control. Shenyang, China, 2010. P. 630-632.

8.Schabmueller C.G.J., Koch M., Mokhtari M.E., Evans A.G.R., Brunnschweiler A., Sehr H. Selfaligning gas/liquid micropump // J. Micromech. Microeng. 12. .2002. P. 420–424.

9.Van De Pol F.C.M., Van Lintel H.T.G., Elwenspoek M., Fluitman J.H.J. A thermopneumatic micropump based on microengineering techniques // Sens. Actuators A: Phys. 21. 1990. P. 198– 202.

10.Gong Q., Zhou Z., Yang Y., Wang, Design X. Design, optimization and simulation on microelectromagnetic pump // Sens. Actuators A: Phys. 83. 2000. P. 200–207.

11.Zengerle R., Richter A., Sandmaier H. A micro membrane pump with electrostatic actuation // IEEE Micro Electro Mechanical Systems. Travemunde, Germany, 1992. P. 19-24.

540