隨著生物細(xì)胞、材料化學(xué)和精密電子等產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展,對于目標(biāo)物體的操控要求也越來越高,安全、無損傷的聲操控就是在各領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用的一種非接觸式操控方法。但目前傳統(tǒng)超聲駐波操控的方式操控靈活性差,且需要繁瑣的聲發(fā)射元件,這限制了聲操控在各領(lǐng)域的應(yīng)用。本文以陣列超聲的操控為研究對象,基于陣列超聲建立陣列超聲的操控模型,對模型進(jìn)行優(yōu)化求解,從仿真和實驗的角度驗證陣列超聲操控模型,實現(xiàn)對粒子的三維空間操控,并對操控粒子的運(yùn)動狀態(tài)進(jìn)行分析。針對陣列超聲換能器聲場及可視化問題,本文從聲波的波動方程出發(fā),推導(dǎo)單點聲源在空間中的輻射模型,計算圓形活塞式換能器的聲場輻射模型;根據(jù)超聲陣列每個換能器的空間位置和聲波的疊加性質(zhì),獲得陣列式換能器的聲場模型。通過陣列式換能器的輻射模型,利用Matlab對陣列換能器聲場進(jìn)行可視化仿真,并分析單個換能器和陣列換能器聲場的分布特征。針對陣列超聲操控模型及其求解問題,從物體聲勢能的角度構(gòu)建粒子在聲場中的操控數(shù)學(xué)模型,提出使用遺傳算法作為相位優(yōu)化的解決方案,并使用基于圖像測量的方法對操控粒子時的運(yùn)動狀態(tài)進(jìn)行分析。從物體在聲場中操控機(jī)理入手,分析了聲場中的物體在所受聲輻射... 

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)黑龍江省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：65 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

聲操控在各領(lǐng)域的應(yīng)用

了制備出組織細(xì)化，均勻，高超導(dǎo)性能的材料，應(yīng)用可以在過冷的熔體狀態(tài)下迅速完成凝固[6]。合金的凝在無容器壁影響的狀態(tài)下容易得到均勻致密的合金制造與裝配領(lǐng)域，加工和運(yùn)輸零件需要更加精密，成產(chǎn)品生產(chǎn)的失敗，造成極大的人力物力的資源浪供了新的思路，聲波對器件幾乎零損傷的特點避免的破壞[7]，如圖 1-1 d)所示，芯片的非接觸超聲操控究熱點，因此聲操控在精密電子領(lǐng)域中正受到越來平的提高，實際應(yīng)用中對于聲操控技術(shù)的要求也隨駐波的原理對物體實現(xiàn)操控，物體被捕獲在超聲駐之間諧振腔的長度，可以靈活改變駐波節(jié)點的位置移動[8, 9]。陣列式超聲換能器的操控方法簡化了傳統(tǒng)單邊發(fā)射聲場捕獲物體，操控更加靈活。因此，建解方法，并對操控物體的穩(wěn)定方面進(jìn)行研究，對陣有重要意義。

S 磁力操控 b) 氣動操控 c) 靜電操控 d) 聲操圖 1-3 非接觸式操控示意圖）磁操控是目前技術(shù)相對成熟而且應(yīng)用較為廣泛的一種非接觸道交通、微型機(jī)器人等領(lǐng)域已經(jīng)被實際應(yīng)用。由于存在“同性吸”的性質(zhì)，磁體之間會產(chǎn)生力的作用，如圖 1-3 a)所示。磁體或相互排斥力，為物體的操控提供動力。通過控制作用于物體方向，就能夠?qū)崿F(xiàn)對物體運(yùn)動狀態(tài)的操控[10]。目前技術(shù)在微納經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，如圖 1-4，使用磁力可以為微納米機(jī)器人的平移作提供動力[11]。由于可以產(chǎn)生較強(qiáng)的磁場強(qiáng)度，因此磁操控能磁力只能作用在磁性物體上，因此磁力操控對被操控物體有特殊體具有磁性，或有電磁特性，需要精確的磁場強(qiáng)度控制[12]，否性較差，這也對磁操控技術(shù)的應(yīng)用有局限作用。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]任意聲阻抗情況下的微粒所受聲輻射力的研究[J]. 吳融融,劉曉宙,龔秀芬.  聲學(xué)技術(shù). 2013(S1)
[2]用于晶體生長的地基無容器懸浮技術(shù)[J]. 曹慧玲,郭云珠,馬曉亮,盧慧甍,解旭卓,周伯儒,尹大川.  材料導(dǎo)報. 2011(19)
[3]聲懸浮和強(qiáng)激光耦合作用下三元Al-Cu-Si合金的快速凝固[J]. 閆娜,耿德路,洪振宇,魏炳波.  科學(xué)通報. 2011(Z1)
[4]聲懸浮技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用[J]. 沈昌樂,解文軍,洪振宇,魏炳波.  現(xiàn)代物理知識. 2010(03)
[5]聚焦式超聲懸浮[J]. 潘祥生,邢立華,李勛,張德遠(yuǎn).  北京航空航天大學(xué)學(xué)報. 2006(01)
[6]聲懸浮研究新進(jìn)展[J]. 解文軍,魏炳波.  物理. 2002(09)



本文編號：2923374