【摘要】：對(duì)比靜電懸浮和電磁懸浮，聲懸浮對(duì)于懸浮的物體既無(wú)導(dǎo)磁導(dǎo)電的要求，也無(wú)固態(tài)液態(tài)的限制，這使得超聲懸浮技術(shù)能夠廣泛地應(yīng)用于各種材料懸浮操控。而今，聲懸浮技術(shù)得以長(zhǎng)足發(fā)展，已經(jīng)解決聲懸浮能力小和穩(wěn)定性差的問(wèn)題，可以用于非透明固體材料內(nèi)的聲懸浮操控，成為固體內(nèi)聲懸浮微粒操控加工的工具。 為在非透明固體材料內(nèi)實(shí)施內(nèi)部直接加工提供技術(shù)支持與硬件支撐，實(shí)現(xiàn)固體內(nèi)通道制造的應(yīng)用，課題組旨在建立基于超聲懸浮的內(nèi)部直接加工技術(shù)，，本論文主要研究和設(shè)計(jì)固體內(nèi)聲懸浮微粒操控系統(tǒng)，為基于聲懸浮的內(nèi)加工系統(tǒng)提供平臺(tái)。這種加工技術(shù)通過(guò)超聲波發(fā)生器產(chǎn)生的超聲波由換能器傳導(dǎo)到加工材料中，在內(nèi)通道中形成腔內(nèi)超聲駐波場(chǎng)，懸浮并操控微粒對(duì)材料進(jìn)行內(nèi)部直接加工。本論文將超聲駐波場(chǎng)對(duì)微粒的操控作用，創(chuàng)新地運(yùn)用到非透明固體材料的加工中，為在非透明固體材料內(nèi)部直接加工的新方法的探尋提出了新的思路和研究方向。 本論文利用的聲懸浮技術(shù)是通過(guò)超聲駐波場(chǎng)實(shí)現(xiàn)懸浮的，文中推導(dǎo)聲懸浮力的理論方程，設(shè)計(jì)一套聲懸浮操控系統(tǒng)，包括超聲裝置，運(yùn)動(dòng)裝置和數(shù)控裝置，優(yōu)化設(shè)計(jì)并構(gòu)建固體內(nèi)聲懸浮微粒操控系統(tǒng)，完成微粒懸浮操控試驗(yàn)，研究固體內(nèi)聲懸浮微粒的可懸浮性、穩(wěn)定性和可操控性。 本論文的研究?jī)?nèi)容和研究成果如下： （1）根據(jù)聲學(xué)理論方程，推導(dǎo)在超聲波垂直入射的條件下的聲懸浮力理論方程，反射系數(shù)和透射系數(shù)，研究材料的超聲傳導(dǎo)特性，加工材料和微粒材料的選擇依據(jù)，固體內(nèi)通道腔內(nèi)駐波場(chǎng)的原理，并根據(jù)理論推導(dǎo)微粒穩(wěn)定懸浮的位置，建立聲懸浮操控系統(tǒng)的理論公式； （2）根據(jù)建立的理論公式，設(shè)計(jì)選型超聲裝置，運(yùn)動(dòng)裝置和數(shù)控裝置，材料選擇及加工，設(shè)計(jì)構(gòu)建一維、二維和三維聲懸浮平臺(tái)，研究單軸、雙軸以及三軸聲懸浮裝置的懸浮性能，優(yōu)化設(shè)計(jì)及構(gòu)建了固體內(nèi)聲懸浮微粒操控系統(tǒng)； （3）根據(jù)構(gòu)建的聲懸浮操控平臺(tái)，對(duì)一維、二維和三維的情況下展開微粒可操控性試驗(yàn)研究，對(duì)比各種情況下聲懸浮的試驗(yàn)效果，并初步分析研究固體內(nèi)聲懸浮微粒的可懸浮性、穩(wěn)定性和可操控性，設(shè)計(jì)聲懸浮操控的關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)，得到操控懸浮微粒的重要結(jié)論。
【圖文】：

杭州電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文的現(xiàn)狀象為 Kundt 此人早在 1886 年發(fā)現(xiàn)[4]，這之后有 King，Gorkov 展了全面的闡述[5]。并且早在八十年代就已經(jīng)研制出了單軸聲懸陶瓷將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械振動(dòng)能[7]，再經(jīng)由變幅桿將振動(dòng)能幅放端為一個(gè)超聲波發(fā)射器，下端為一定形狀的反射端界面[9]。超經(jīng)過(guò)反射端返回[10]，兩列波在兩端之間形成超聲駐波場(chǎng)，將微一平衡位置[12]，如圖 1.1 所示。但是，早期的這種裝置有兩個(gè)弱[13]，僅僅可以懸浮起微粒材料或塑料小球或密度 2.7g/cm3鋁15]。

歐洲和美國(guó)宇航局為解決此類缺點(diǎn)，研制了三軸聲懸浮裝置[16]，如圖1.2 所示，在懸浮物體的六個(gè)面上分別放置了三組發(fā)射端和反射端，提高懸浮物體的穩(wěn)定性[17]。我國(guó)對(duì)聲懸浮的研究起步較晚，于 1992 年才開始開展研究工作[18]。中科院在創(chuàng)建空間材料科學(xué)試驗(yàn)室之前就做過(guò)聲懸浮的理論研究[19]。2001 年，西北工業(yè)大學(xué)通過(guò)進(jìn)一步提高單軸聲懸浮力及穩(wěn)定性[20]，率先懸浮起密度為 18.9g/cm3的鎢餅，而當(dāng)時(shí)國(guó)外只懸浮起密度為11.34g/cm3鉛球，如圖 1.3 所示。2012 年吉林大學(xué)研究了基于超聲波近場(chǎng)聲懸浮的靶丸類微球驅(qū)動(dòng)[21]、浙江工業(yè)大學(xué)對(duì)聲懸浮拋光磨粒流場(chǎng)開展了一些列的分析及試驗(yàn)。浙江大學(xué)楊克己教授、梅德慶教授、范宗尉博士后發(fā)展了 L.V.King 的圓球超聲輻射力理論，建立非規(guī)則對(duì)圖 1.1 駐波懸浮圖 1.2 三軸聲懸浮
【學(xué)位授予單位】：杭州電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TB559

【參考文獻(xiàn)】

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1 潘祥生;邢立華;李勛;張德遠(yuǎn);;聚焦式超聲懸浮[J];北京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào);2006年01期

2 潘松;王冬;黃衛(wèi)清;;基于超聲懸浮軸承的微扭矩測(cè)量系統(tǒng)[J];傳感器與微系統(tǒng);2010年07期

3 陳秀山;李恩普;趙建林;竇寶強(qiáng);黃國(guó)玲;李文博;;三維超聲駐波場(chǎng)的數(shù)字全息測(cè)量與重建研究[J];光子學(xué)報(bào);2010年01期

4 高三星;孫磊;馬聰;羅歡;;一維單軸式超聲懸浮的實(shí)驗(yàn)研究[J];物理與工程;2013年02期

5 李東明;崔爽;叢琳皓;王道順;崔玉國(guó);;超聲波軸承用擠壓式壓電換能器的共振頻率[J];光學(xué)精密工程;2014年09期

6 賀詩(shī)華;新的生化痕量分析手段——超聲懸浮技術(shù)[J];化學(xué)通報(bào);2004年11期

7 常穎,吳博達(dá),楊志剛,程光明,田豐君;超聲波懸浮推力軸承承載能力及減摩性能[J];吉林大學(xué)學(xué)報(bào)(工學(xué)版);2004年02期

8 崔衛(wèi)芳;趙波;;提高單軸式超聲波懸浮能力的研究[J];機(jī)械科學(xué)與技術(shù);2009年07期

9 沐方清;張楊飛;;三維微流道系統(tǒng)技術(shù)研究[J];中國(guó)電子科學(xué)研究院學(xué)報(bào);2011年01期

10 高建民;諶志偉;任寧;;聚焦式超聲懸浮機(jī)構(gòu)仿真與試驗(yàn)[J];農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào);2008年09期

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1 周寧寧;面向真空低溫下超聲波電機(jī)的振動(dòng)摩擦與懸浮特性研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2011年

2 范宗尉;基于超聲輻射力場(chǎng)的微構(gòu)件非接觸操縱關(guān)鍵技術(shù)的研究[D];浙江大學(xué);2011年

3 常穎;超聲波軸承懸浮與減摩作用機(jī)理及基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)研究[D];吉林大學(xué);2005年

4 田豐君;基于夾心式壓電換能器的超聲波近場(chǎng)聲懸浮支撐技術(shù)研究[D];吉林大學(xué);2010年

5 李錦;近場(chǎng)超聲非接觸支撐與傳輸系統(tǒng)的理論與實(shí)驗(yàn)研究[D];上海交通大學(xué);2012年

6 田華;新型超聲換能器與輻射器的研究[D];陜西師范大學(xué);2013年

7 劉家郡;超聲懸浮/氣浮的混合懸浮及其行波驅(qū)動(dòng)機(jī)理及實(shí)驗(yàn)研究[D];吉林大學(xué);2013年

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2 田豐君;超聲波推力軸承理論及實(shí)驗(yàn)的初步研究[D];吉林大學(xué);2004年

3 朱金冬;超聲波支承陀螺儀的研究[D];西北工業(yè)大學(xué);2007年

4 唐文斌;超聲懸浮夾持裝置的研究[D];大連理工大學(xué);2007年

5 諶志偉;聚焦式超聲懸浮諧振腔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及實(shí)驗(yàn)[D];江蘇大學(xué);2008年

6 唐方圓;凹柱面支撐超聲波懸浮軸承設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)研究[D];吉林大學(xué);2009年

7 凌宏;超聲懸浮夾具的基礎(chǔ)性研究[D];大連理工大學(xué);2009年

8 崔衛(wèi)芳;超聲懸浮溫度特性的試驗(yàn)研究及有限元分析[D];河南理工大學(xué);2009年

9 賈兵;超聲離合器的設(shè)計(jì)及應(yīng)用[D];南京航空航天大學(xué);2009年

10 羅雅靜;單軸式環(huán)形夾持力超聲懸浮裝置的研究[D];陜西師范大學(xué);2010年

本文編號(hào)：2535404