無線氣壓/液壓微流控模塊的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種適用于氣體或液體的微流控模塊，且具有無線傳輸功能，屬于微流控領域。
【背景技術】
[0002]微流控芯片是以分析、生物化學為基礎，以微細加工和微電子技術為依托，以微流動系統(tǒng)為支撐，把整個化驗室的功能，包括采樣、稀釋、加試劑、反應、分離、檢測等集成在一個只有幾平方厘米的基片上。目前，微流控外部驅動設備的小型化和集成化是一種重要的發(fā)展趨勢。氣動微流控芯片是微流控領域的一個重要研究方向。氣壓驅動模塊是氣動微流控芯片中的一種重要的元件。目前，常用的氣壓驅動模塊均采用常規(guī)閥、管道連接而成，存在如下缺點:1)與微流控芯片相比，常規(guī)尺寸的氣壓驅動模塊體積過大，結構復雜，價格昂貴，難以與微流控芯片進一步集成；2)常用的氣壓驅動模塊管路為宏觀尺寸管道，與微流控芯片流道尺寸存在量級差，封裝難度大，維護成本高；3)常用氣壓驅動模塊的數(shù)據(jù)采集、監(jiān)視和控制一般采用數(shù)據(jù)采集卡等與計算機相連實現(xiàn)，不利于微流控芯片進一步融入“互聯(lián)網(wǎng)+”的發(fā)展潮流，實現(xiàn)網(wǎng)絡化與智能化控制。

【發(fā)明內容】

[0003]本發(fā)明目的是為了解決現(xiàn)有氣動微流控芯片氣壓驅動模塊體積大，封裝難，成本高、難以實現(xiàn)網(wǎng)絡化、智能化的問題，提供了一種無線氣壓/液壓微流控模塊。
[0004]本發(fā)明所述無線氣壓/液壓微流控模塊，它包括結構層和控制層，結構層和控制層固定連接在一起；
所述結構層包括流道與基座封裝模塊、微流道外接接頭、微閥驅動單元和壓力傳感器；流道與基座封裝模塊包括雙T串聯(lián)的微流道、凹膜、平膜和基板；基板上表面設置有平膜，平膜上表面設置有凹膜，凹膜向上的凹槽中設置有雙T串聯(lián)的微流道；微流道外接接頭包括介質進入接頭、泄氣接頭和介質輸出接頭；微閥驅動單元包括第一微閥驅動部件和第二微閥驅動部件；
所述控制層包括控制電路和上位機；所述控制電路包括GSM模塊、無線模塊、濾波電路模塊、控制器和驅動器；
雙T串聯(lián)的微流道的左右兩個橫向端口分別設置有介質進入接頭和介質輸出接頭，左側T型支路出口處設置有泄氣接頭，右側T型支路出口設置有壓力傳感器，在介質進入接頭和左側T型支路之間的管路上設置第一微閥驅動部件，在左側T型支路的管路上設置有第二微閥驅動部件；
壓力傳感器采集雙T串聯(lián)的微流道的介質壓力信號，壓力傳感器的介質壓力信號輸出端與濾波電路模塊的介質壓力信號輸入端相連，濾波電路模塊的介質壓力信號輸出端與控制器的介質壓力信號輸入端相連；控制器將該介質壓力信號通過無線模塊與上位機進行數(shù)據(jù)交互，控制器將該介質壓力信號通過GSM模塊與移動設備進行數(shù)據(jù)交互； 控制器根據(jù)采集的介質壓力信號輸出驅動指令，并通過驅動器分別發(fā)送到第一微閥驅動部件和第二微閥驅動部件的驅動指令輸入端相連；第一微閥驅動部件和第二微閥驅動部件根據(jù)驅動指令調節(jié)管路內的介質壓力。
[0005]本發(fā)明的優(yōu)點:1)無線氣壓/液壓微流控模塊的氣體流道通過平膜和凹膜封裝而成，相比現(xiàn)有的氣動模塊氣體流道而言，制作工藝簡單，流道的尺寸和結構形狀可以自由設計，并且流道的尺度可以達到微米級別。流道的尺寸越小，氣壓微流控模塊的壓力精度越高。2)無線氣壓/液壓微流控模塊采用微流控芯片領域的微閥驅動部件，其結構相對精簡，制作工藝容易，生產(chǎn)周期短，成本低，并且可大大減小整個模塊的體積，可以實現(xiàn)微流控芯片與外部驅動設備的進一步集成。3)采用兩個微閥協(xié)調控制實現(xiàn)輸出高精度的壓力氣體輸出，控制方法簡單；4)在德國大力發(fā)展《工業(yè)4.0》和我國提出《中國制造2025》計劃之際，網(wǎng)絡控制和智能化成為工業(yè)產(chǎn)品和技術的重要發(fā)展方向。將無線控制方法應用到氣壓驅動模塊，形成無線氣壓/液壓微流控模塊，有利于實現(xiàn)微流控芯片產(chǎn)品的智能化與網(wǎng)絡化。
【附圖說明】
[0006]圖1是本發(fā)明所述無線氣壓/液壓微流控模塊的原理圖；
圖2是微流控芯片的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0007]【具體實施方式】一:下面結合圖1和圖2說明本實施方式，本實施方式所述無線氣壓/液壓微流控模塊，它包括結構層和控制層，結構層和控制層固定連接在一起；兩層可上下布局;
所述結構層包括流道與基座封裝模塊1、微流道外接接頭、微閥驅動單元和壓力傳感器4 ;流道與基座封裝模塊1包括雙T串聯(lián)的微流道1-1、凹膜1-2、平膜1-3和基板1-4 ;基板1-4上表面設置有平膜1-3，平膜1-3上表面設置有凹膜1-2，凹膜1-2向上的凹槽中設置有雙T串聯(lián)的微流道1-1 ;微流道外接接頭包括介質進入接頭2-1、泄氣接頭2-2和介質輸出接頭2-3 ;微閥驅動單元包括第一微閥驅動部件3-1和第二微閥驅動部件3-2 ;
所述控制層包括控制電路5和上位機6 ;所述控制電路5包括GSM模塊5-2、無線模塊5-3、濾波電路模塊5-4、控制器5-5和驅動器5-6 ;
雙T串聯(lián)的微流道1-1的左右兩個橫向端口分別設置有介質進入接頭2-1和介質輸出接頭2-3，左側T型支路出口處設置有泄氣接頭2-2，右側T型支路出口設置有壓力傳感器4，在介質進入接頭2-1和左側T型支路之間的管路上設置第一微閥驅動部件3-1，在左側T型支路的管路上設置有第二微閥驅動部件3-2 ;
壓力傳感器4采集雙T串聯(lián)的微流道1-1的介質壓力信號，壓力傳感器4的介質壓力信號輸出端與濾波電路模塊5-4的介質壓力信號輸入端相連，濾波電路模塊5-4的介質壓力信號輸出端與控制器5-5的介質壓力信號輸入端相連；控制器5-5將該介質壓力信號通過無線模塊5-3與上位機6進行數(shù)據(jù)交互，控制器5-5將該介質壓力信號通過GSM模塊5_2與移動設備7進行數(shù)據(jù)交互；
控制器5-5根據(jù)采集的介質壓力信號輸出驅動指令，并通過驅動器5-6分別發(fā)送到第一微閥驅動部件3-1和第二微閥驅動部件3-2的驅動指令輸入端相連；第一微閥驅動部件3-1和第二微閥驅動部件3-2根據(jù)驅動指令調節(jié)管路內的介質壓力。
[0008]驅動器5-6第一微閥驅動部件3-1和第二微閥驅動部件3-2實現(xiàn)閥口開度控制。
[0009]以氣體為例，說明模塊中介質流動過程:壓力氣體由介質進入接頭2-1進入雙T串聯(lián)的微流道1-1，經(jīng)第一微閥驅動部件3-1和第二微閥驅動部件3-2調節(jié)，實現(xiàn)系統(tǒng)高精度的壓力氣體輸出。系統(tǒng)壓力控制閉環(huán)原理:壓力傳感器4測得輸出氣體壓力信號，經(jīng)濾波電路模塊5-4去噪，又控制器5-5的算法處理后輸出第一微閥驅動部件3-1和第二微閥驅動部件3-2的控制信號，終實現(xiàn)輸出氣體壓力調節(jié)。GSM模塊5-2與控制器5-5相連，同時GSM模塊5-5可與移動設備7進行通訊，進而實現(xiàn)遠程設定模塊輸出壓力值和遠程監(jiān)控該模塊輸出壓力值。無線模塊5-3與控制器5-5相連，同時無線模塊5-3可通過無線網(wǎng)絡的方式與上位機6相連，進而實現(xiàn)遠程設定系統(tǒng)輸出壓力值和遠程監(jiān)控該模塊輸出壓力值、實時“壓力-時間“變化曲線。
[0010]【具體實施方式】二:結合圖1說明本實施方式，無線氣壓微流控模塊整體通過分層布局的連接方式還可使用相似形狀的高分子樹脂短管或矩形條狀的甲基丙烯酸甲脂(PMMA)短管代替，采用丙烯酸改性環(huán)氧膠或氰基丙烯酸乙酯通過膠粘的方式固連。其它連接關系與【具體實施方式】一相同。
[0011]【具體實施方式】三:結合圖1說明本實施方式，本實施方式中控制器5-5的控制芯片采用單片機、ARM、DSP或FPGA來實現(xiàn)。其它與【具體實施方式】一相同。
[0012]【具體實施方式】四:結合圖1說明本實施方式，本實施方式中控制器5-5根據(jù)介質壓力信號輸出驅動指令的控制算法為PID、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡、模糊PID或模糊神經(jīng)網(wǎng)絡算法。其它與【具體實施方式】一相同。
[0013]【具體實施方式】五:結合圖1說明本實施方式，本實施方式中所采用的第一微閥驅動部件3-1和第二微閥驅動部件3-2可以是機械式微閥驅動部件或非機械微閥驅動部件，體積小、控制簡單，利于系統(tǒng)集成。閥3-1和閥3-2可使用不同的結構原理。其它連接關系與【具體實施方式】一相同。
[0014]【具