目前广泛采用的数字化微注射系统在进行微流量注射时,多采用手动操作或基于压电陶瓷的一次逆压电效应原理进行定位、注射,存在着控制精度低及系统结构比较复杂等缺点。因此研究在操作上简单方便、在精度控制上准确的数字化微流量注射装置成为发展生物工程的一个重要途径。本课题来源于史丽萍教授的哈尔滨工业大学机器人技术与系统国家重点实验室开放研究项目(项目编号:SKLRS-2015-MS-10)和黑龙江省教育厅的科学技术研究项目(项目编号:12541624)。本文主要内容是基于压电陶瓷的数字化微注射理论及其应用研究,通过理论和实验对压电陶瓷的一次逆、二次正压电效应进行分析,并利用其原理设计出自感知数字化微注射结构,主要包括两方面内容:基于一次逆、二次正压电效应自感知执行器的理论研究和自感知微注射装置的设计。首先,本文在经典压电学基础理论的研究上,对压电陶瓷特性、压电方程分析、边界条件关系进行介绍,针对压电陶瓷在不同的机械和电学边界条件下的各次压电效应现象理论分析。然后基于压电陶瓷的一次逆、二次正压电效应理论原理来建立以PZT-5压电陶瓷为实验对象的实验结构,测量实验对象压电陶瓷被施加外电压的时候在一次逆压电效应下产生的位移值;设计实验结构对二次正压电效应产生的电荷进行分离和解耦来实现在同一压电陶瓷上传感器与执行器的集成。将实验实际测量的输出值与固定公式计算出的理论值进行对比分析,验证理论的正确性及实验结构方案设计的可行性。最后,根据上述理论研究与实验结果,设计出基于一次逆、二次正压电效应的数字化微注射装置。通过压电陶瓷在一次逆压电效应作用推动注射器推杆实现流体流出,从而将一次逆位移量转化为注射量;同时压电体的二次正压电效应自感知此注射量,实现自感知微注射。对整体方案进行设计并通过合理性实验验证。