阅读说明：本技术 微流控负压驱动常开微阀 (Micro-fluidic negative pressure driving normally-open micro valve ) 是由 周洲 张昆鹏 姚守菊 孙道恒 于 2019-10-22 设计创作，主要内容包括：本发明公开了微流控负压驱动常开微阀,包括阀体和阀芯,所述阀体上设置阀腔,阀腔上设置常开的输入端和输出端；所述阀芯位于阀腔内,所述阀芯内部中空,所述阀芯具有随阀芯内外压力变化而发生形变性,阀芯上具有负压输入端,负压进入阀芯内部让所述阀芯形变将输入端和或输出端封堵使阀门关闭。本发明中实现了负压信号控制正压信号通断,能带来大的变形和较高的输出变化量；主要用于微流控芯片中,安全可靠性更高,容易实现类似数字电路中接地以及信号增益等功能的,实现了非门、与门以及或门等多种功能,并可以通过等效电路的设计方法实现气动信号的存储、振荡等高层次应用。(The invention discloses a microfluidic negative pressure driven normally-open micro valve, which comprises a valve body and a valve core, wherein the valve body is provided with a valve cavity, and the valve cavity is provided with a normally-open input end and a normally-open output end; the valve core is positioned in the valve cavity, the valve core is hollow, the valve core has deformation along with the change of the internal pressure and the external pressure of the valve core, the valve core is provided with a negative pressure input end, and negative pressure enters the valve core to deform the valve core so as to plug the input end and/or the output end to close the valve. According to the invention, the negative pressure signal is used for controlling the on-off of the positive pressure signal, so that large deformation and higher output variable quantity can be brought; the pneumatic signal generator is mainly used in a microfluidic chip, has higher safety and reliability, is easy to realize the functions of grounding, signal gain and the like in a digital circuit, realizes multiple functions of a NOT gate, an AND gate, an OR gate and the like, and can realize high-level application of pneumatic signals such as storage, oscillation and the like by a design method of an equivalent circuit.)

微流控负压驱动常开微阀

技术领域

本发明涉及数字微流控压力逻辑控制芯片中，主要涉及一种微流控负压驱动常开微阀。

背景技术

数字微流控是近年来出现的新型气动逻辑控制技术，随着现代机器人系统向着仿生化、柔性化方向发展，特别是气动柔性执行器结构的出现，具有更广泛的应用。该技术通过构建具有数字逻辑的微阀阵列系统，将微阀视为数字电路中的晶体管，将流道视为导线，实现输出通道的信号随着输入信号的逻辑可控调节，其中输入信号可以是气压，也可以是相应的液压信号。但其输出信号一直是一个负的真空压力，对于目前出现的气动柔性执行器来说，负压结构并不能带来大的变形和较高的输出变化量，因此需要特殊设计的元器件，将数字微流控逻辑芯片输出的负压信号转换为能用直接用于柔性执行器驱动的正压气动或液动压力。这种元器件通常表现为模腔结构的微阀。

按照信号以及初始工作状态的不同，微流控领域目前存在两种微阀结构，控制信号和被控制信号均为正压的常开微阀和两者皆为负压的常闭微阀，二者的结构特征均为上下层流道级中间层平面薄膜结构，薄膜朝哪一侧流道运动变形，该流道就处于闭合状态。当两端均受压力作用时，平面薄膜必定朝着压力较低方向运动的结构特点决定了必定是高压区域为控制信号，低压区域为被控制信号，因此，从传统角度来说，一个负压信号是难以控制一个正压信号的通断的，即还没有出现负压驱动的常开微阀。

发明内容

本发明的目的是提供一种微流控负压驱动常开微阀，可以解决上述技术问题中的一个或是多个。

为了达到上述目的，本发明提出的技术方案如下：

微流控负压驱动常开微阀，包括阀体和阀芯，所述阀体上设置阀腔，阀腔上设置常开的输入端和输出端；所述阀芯位于阀腔内，所述阀芯内部中空，所述阀芯具有随阀芯内外压力变化而发生形变性，阀芯上具有负压输入端，负压进入阀芯内部让所述阀芯形变将输入端和或输出端封堵使阀门关闭。

本发明实现了用一个负压信号控制一个正压信号的通断，是负压驱动的常开微阀；在本发明中通过在阀芯内通入低于输入端和输出端的压力，让输入端或是输出端作为其本身的阀门动力，让阀芯发生形变，然后控制阀门的通断；而不用担心由于阀芯两端压力差而造成无法将阀门紧密的情况发生。

阀体与阀芯通过装配或一体化的3D打印方式制造，通过装配过程，实现阀体出第一输入端和正压信号输出端以外其余部分的密闭。

在这里提供了一个具体的阀芯结构；所述阀芯包括变形部、连接部和本部，所述连接部和本部之间通过变形部连接，所述变形部、连接部和本部形成具有长轴和短轴的多面体，长轴和短轴相互垂直；长轴与输入端和或输出端共线；所述阀芯在长轴所在面的截面是关于长轴的轴对称结构；所述阀芯通过本部固定在阀腔内；在阀芯内部压力减小时，在所述阀芯上至少所述变形部发生形变，所述变形部将沿着长轴移动带动所述连接部沿着短轴移动，所述变形部将输入端和或输出端封堵使阀门关闭。

进一步的：所述阀芯在短轴所在面的截面是关于短轴的轴对称结构。

进一步的：所述阀芯沿着长轴剖开的剖面为椭圆形、菱形、六边形、八边形中的一种。

以上规则形状好加工制造。

进一步的：位于连接部的两端的两变形部结构不同，所述变形部为弧形或楔形。使得整个阀芯沿着长轴所在面的截面大致为扇形。弧长大的变形部指向在阀腔内需要封堵的端口，在阀芯内部压力减少时，阀腔内压力压连接部使变形部发生形变沿着长轴移动将端口封堵。

进一步的：所述变形部、连接部和本部中至少所述变形部为弹性材料层。整个阀芯都可以是弹性材料制成的空心体，也可以只是变形部是弹性材料制成。

进一步的：所述变形部厚度小于所述本部的厚度，所述变形部厚度小于所述连接部的厚度。为了变形部更好的形变，因此变形部的厚度小于阀芯的其他部位。

进一步的：所述弹性材料为橡胶。或者是其他的可变形材料。

本发明的技术效果是：

本发明中实现了负压信号控制正压信号通断，能带来大的变形和较高的输出变化量；主要用于微流控芯片中，安全可靠性更高，容易实现类似数字电路中接地以及信号增益等功能的，实现了非门、与门以及或门等多种功能，并可以通过等效电路的设计方法实现气动信号的存储、振荡等高层次应用。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

在附图中：

图1是本发明的总体结构示意图；

图2是图1的使用状态图；

图3是阀芯的结构示意图一及其使用状态形变图；

图4是阀芯的结构示意图二及其使用状态形变图；

图5是阀芯的结构示意图三及其使用状态形变图；

图6是阀芯的结构示意图四及其使用状态形变图；

图7是阀芯额结构示意图五及其使用状态形变图。

具体实施方式

下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本发明，其中的示意性实施例以及说明仅用来解释本发明，但并不作为对本发明的不当限定。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

如图1所示，本发明公开了负压驱动常开微阀结构示意图。其具有微流控模腔微阀结构特征。该结构主要包括阀体1和阀芯2，所述阀体1上设置阀腔11，阀腔11上设置常开的输入端12和输出端13；所述阀芯2位于阀腔11内，所述阀芯2内部中空，所述阀芯2具有随阀芯内外压力变化而发生形变性，阀芯2上具有负压输入端21，负压进入阀芯2内部让所述阀芯形变将输入端12和或输出端13封堵使阀门关闭。其中微阀的开关行为主要由阀体内的通道(输入端和或输出端)和阀芯的形变配合形成。

整个阀体上结构的输入输出端口有3个，分别为与负压输入端21连通的负压通道14，其配置的为前端微流控芯片输出的负压控制信号，输入端12配置的为气动柔性执行器的正压致动信号，最后为微阀的输出端13，该输出端直接与气动柔性执行器连接。微阀结构中的阀芯2为具有形变性的空腔，阀芯上设置有负压输入端21与负压通道14连接，实现负压的控制信号与微阀的传输。

如图2所示，当阀芯内部受到负压输入端21、输入的负压信号作用时，由于阀芯(长轴截面是椭圆形)受到的纵向应力和横向应力的差异，阀芯会呈现扁平状的形状变化，具体表现为长轴增长，短轴缩短，长轴的两个端部即变形部22在长轴方向上发生位移，当阀芯变形达到一定程度时，阀芯端部的变形部22与阀体内腔的入口及出口处接触，封闭该处流道，实现微阀的闭合。

阀芯2包括变形部22、连接部24和本部23，所述连接部和本部之间通过变形部连接，所述变形部、连接部和本部形成具有长轴和短轴的多面体，长轴和短轴相互垂直；长轴与输入端和或输出端共线；所述阀芯在长轴所在面的截面是关于长轴的轴对称结构；所述阀芯通过本部固定在阀腔内；在阀芯内部压力减小时，在所述阀芯上至少所述变形部发生形变，所述变形部将沿着长轴移动带动所述连接部沿着短轴移动，所述变形部将输入端和或输出端封堵使阀门关闭。

能够在内部受到负压作用时发生各向异性变形的结构十分丰富，以下给出几种阀芯的结构示意图(沿长轴所在面的截面示意图)。

如图3所示，在某些实施例中，阀芯的截面是菱形，这里整个阀芯最好都是采用弹性材料(例如橡胶)制成，这样加工制造简单，使用效果与椭圆形阀芯相当。

如图4所示，在某些实施例中，阀芯的截面是六边形，这里整个阀芯可以都是采用弹性材料(例如橡胶)制成，这样加工制造简单，使用效果与椭圆形阀芯、菱形阀芯相当；

另外，在这个阀芯中连接部和本部可以与两端的变形部材质不同，例如更加塑料或铝合金等，可以增加整个阀芯的使用寿命。

如图5所示，在某些实施例中，阀芯的截面是接近扇形的形状，这里整个阀芯可以都是采用弹性材料(例如橡胶)制成，此阀芯可以作为单独一端口的阀门使用，在端口不在同一轴线上时，可以分开使用。

如图6所示，在某些实施例中，阀芯具有多个相同的变形部，使阀芯的截面类似弹簧，这样可以应对阀体上有多个端口的情况，这里整个阀芯可以都是采用弹性材料(例如橡胶)制成，也可以是连接部与本部相同材质，变形部是橡胶材质。

如图7所示，在某些实施例中，阀芯具有多个变形部，变形部根据阀体的端口设置为不同的，同样会使阀芯的截面类似弹簧，这样可以应对阀体上有多个不同端口的情况。

以上阀芯的形式，只是众多阀芯中的代表，还有其他更多的可能在此不做一一赘述。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。