本文關(guān)鍵詞：超聲駐波懸浮傳輸裝置的研制與實驗

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【摘要】：隨著物理、化學(xué)、生物、制藥、材料以及力學(xué)等學(xué)科的迅速發(fā)展,對樣品的處理要求越來越高,傳統(tǒng)的樣品處理方法會使樣品與容器器壁接觸,而容器器壁會對樣品產(chǎn)生各種干擾,如:容器器壁會對被分析樣品產(chǎn)生污染,其吸附性會影響本來就微量的待測物的成分檢測,并且會對采用光學(xué)手段進行檢測的檢測信號產(chǎn)生干擾。超聲駐波懸浮技術(shù)可以實現(xiàn)被分析樣品的無容器處理,因而可以避免因容器器壁在樣品處理過程中產(chǎn)生的各種缺陷,超聲駐波懸浮傳輸技術(shù)還可以實現(xiàn)被檢測樣品的非接觸式傳輸、融合、提取等。超聲換能器以及換能器陣是實現(xiàn)駐波懸浮傳輸?shù)难b置。本文首先分析了超聲駐波聲場中的波動方程,以此方程為基礎(chǔ)得出了平面駐波聲場中聲壓的分布以及媒質(zhì)質(zhì)點速度的分布,結(jié)合時間平均勢的理論,獲得了平面駐波聲場中被懸浮小球受到的聲輻射力,并根據(jù)懸浮小球受到的重力與聲輻射力的關(guān)系得到了懸浮小球的理論穩(wěn)定懸浮位置。其次,利用得出的聲輻射力的表達式,理論計算出本文對換能器輻射端振幅的設(shè)計要求。本文要求設(shè)計的單軸式換能器能懸浮起鋼球;換能器陣能實現(xiàn)泡沫小球的懸浮傳輸,因此要求換能器陣元能夠懸浮起泡沫小球;根據(jù)此要求,得出此時要求單軸式換能器輻射端的振幅為66.08μm,換能器陣元的輻射端振幅為7.5μm;以換能器輻射端的振幅為設(shè)計目標,根據(jù)一維變截面桿的縱振方程,采用解析法對本文的單軸換能器以及換能器陣進行設(shè)計,并對設(shè)計的換能器進行模態(tài)分析。再次由于換能器陣元之間存在頻率差異,為了減小頻率差對傳輸?shù)挠绊?對換能器陣元采用柔性支撐的方式,本文為所設(shè)計的懸浮傳輸器設(shè)計了一套諧振腔長度調(diào)節(jié)精度為微米級的支撐裝置;利用本文設(shè)計的懸浮傳輸裝置,對所設(shè)計的換能器陣元、換能器陣和單軸式換能器進行單層及多層的懸浮、傳輸能力的實驗驗證;最后采用單軸級聯(lián)式換能器驗證了水滴懸浮時聲輻射力對水分子吸附力的影響。
【關(guān)鍵詞】：聲懸浮力 換能器 換能器陣 超聲駐波懸浮 超聲駐波傳輸
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TB552
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 緒論9-22
• 1.1 課題背景9-10
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀10-20
• 1.2.1 超聲駐波懸浮理論的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀10-11
• 1.2.2 超聲駐波懸浮傳輸裝置的國外研究現(xiàn)狀11-17
• 1.2.3 超聲駐波懸浮傳輸裝置的國內(nèi)研究現(xiàn)狀17-19
• 1.2.4 超聲駐波懸浮傳輸應(yīng)用的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀19-20
• 1.3 本課題主要研究內(nèi)容20-22
• 第2章 超聲駐波懸浮原理22-32
• 2.1 理想媒質(zhì)中的聲波動方程22-26
• 2.1.1 運動方程22-23
• 2.1.2 連續(xù)性方程23-25
• 2.1.3 物態(tài)方程25
• 2.1.4 一維波動方程25-26
• 2.2 基于波動方程的駐波聲場聲參數(shù)描述26-29
• 2.2.1 超聲駐波聲場壓強及質(zhì)點速度分布26-27
• 2.2.2 超聲駐波聲場時間平均勢和聲懸浮力描述27-29
• 2.3 被懸浮物理論穩(wěn)定懸浮位置分析29-31
• 2.4 本章小結(jié)31-32
• 第3章 超聲駐波懸浮傳輸器的研制32-55
• 3.1 單軸換能器的研制32-43
• 3.1.1 單軸換能器的設(shè)計要求32-34
• 3.1.2 半波長壓電振子的設(shè)計34-38
• 3.1.3 半波長純階梯形一級變幅桿設(shè)計38-40
• 3.1.4 半波長二級變幅桿設(shè)計40-43
• 3.2 換能器陣式懸浮傳輸換能器陣的研制43-48
• 3.2.1 換能器陣的設(shè)計要求43-44
• 3.2.2 半波長換能器陣元的壓電振子設(shè)計44-46
• 3.2.3 半波長換能器陣元的變幅桿設(shè)計46-48
• 3.3 超聲換能器的模態(tài)分析48-51
• 3.3.1 級聯(lián)式超聲換能器的模態(tài)分析48-50
• 3.3.2 半波長超聲換能器的模態(tài)分析50-51
• 3.4 超聲換能器的性能參數(shù)測定51-54
• 3.4.1 超聲換能器的串聯(lián)諧振頻率分析51-53
• 3.4.2 超聲換能器的輻射端面振幅測量53-54
• 3.5 本章小結(jié)54-55
• 第4章 超聲駐波懸浮傳輸?shù)膶嶒?/span>55-71
• 4.1 超聲駐波懸浮傳輸實驗平臺的設(shè)計與搭建55-58
• 4.1.1 超聲駐波懸浮傳輸實驗系統(tǒng)的設(shè)計55
• 4.1.2 駐波懸浮傳輸換能器支撐裝置的設(shè)計55-56
• 4.1.3 搭建實驗平臺56-58
• 4.2 超聲換能器陣元的駐波懸浮能力58-62
• 4.2.1 超聲換能器陣元的單層駐波懸浮能力58-60
• 4.2.2 超聲換能器陣元的多層駐波懸浮能力60-62
• 4.3 超聲換能器陣的駐波懸浮傳輸能力62-66
• 4.3.1 超聲換能器陣的單層駐波懸浮傳輸能力62-63
• 4.3.2 超聲換能器陣的多層駐波懸浮傳輸能力63-66
• 4.4 級聯(lián)式超聲換能器的懸浮能力66-70
• 4.4.1 級聯(lián)式超聲換能器的單層懸浮能力66-67
• 4.4.2 級聯(lián)式超聲換能器的多層懸浮能力67-69
• 4.4.3 級聯(lián)式超聲換能器水滴懸浮的實驗69-70
• 4.5 本章小結(jié)70-71
• 結(jié)論71-73
• 參考文獻73-79
• 致謝79

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前4條

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中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 張甲;基于換能器陣的原油超聲波防蠟降粘技術(shù)研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2009年

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本文編號：1090547