本文關(guān)鍵詞：超聲近場(chǎng)懸浮用變幅桿的優(yōu)化及實(shí)驗(yàn)研究

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【摘要】：在精密與超精密加工領(lǐng)域,如半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)中,對(duì)產(chǎn)品表面光潔度和工作空間的潔凈度要求越來越嚴(yán)格。尤其在晶圓的夾持與運(yùn)輸工程中,已有的接觸式夾持技術(shù)會(huì)對(duì)晶圓表面造成損壞,并影響工作空間的潔凈度�；谝陨蠁栴},探索非接觸式夾持方式成為新的研究方向。超聲波近場(chǎng)懸浮(Near Field Acoustic Levitation簡(jiǎn)稱NFAL)是利用高能量密度聲場(chǎng)產(chǎn)生的聲輻射壓力與物體的重力平衡將其懸浮起來的現(xiàn)象。但是,目前超聲波近場(chǎng)懸浮技術(shù)還不成熟,如沒有統(tǒng)一的理論描述聲場(chǎng)聲壓的分布,物體在聲場(chǎng)中不能穩(wěn)定懸浮等。為了獲得能夠懸浮物體的穩(wěn)定聲場(chǎng),本文對(duì)超聲變幅桿進(jìn)行了改進(jìn),主要進(jìn)行了以下方面的研究：利用均質(zhì)等截面桿和薄圓盤的頻率方程,初步設(shè)計(jì)圓盤輸出端變幅桿的尺寸；并利用有限元軟件進(jìn)行仿真修正,得出了振動(dòng)頻率在20kHz左右的變幅桿的尺寸。提出利用去除變幅桿材料的方法得到優(yōu)化聲場(chǎng),并對(duì)去除材料的形狀和尺寸進(jìn)行了理論的分析。在對(duì)圓盤輸出端變幅桿的表面聲壓測(cè)量的基礎(chǔ)上,分析了聲場(chǎng)聲壓的分布情況；通過增加被懸浮物體與振動(dòng)圓盤表面之間的距離來減弱變幅桿中心區(qū)域較高的聲壓對(duì)被懸浮物體的影響；通過去除材料得到聲壓峰值較為均等的變幅桿振動(dòng)圓盤表面。利用聲壓在中心區(qū)域高出平均值的部分來確定去除材料的直徑,從近場(chǎng)懸浮區(qū)域內(nèi)聲壓與高度的關(guān)系以及駐波懸浮區(qū)域的懸浮情況兩方面確定圓孔的深度；并給出了去除材料的直徑和深度對(duì)超聲變幅桿的振動(dòng)頻率的影響規(guī)律。對(duì)去除材料得到的兩種改進(jìn)型變幅桿與圓盤輸出端的變幅桿進(jìn)行比較實(shí)驗(yàn),分別從聲場(chǎng)聲壓的分布情況、被懸浮物體的懸浮高度和被懸浮物體的回復(fù)周期等方面進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。基于圓盤輸出端的變幅桿對(duì)被懸浮物體進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗(yàn),研究被懸浮物體不同直徑對(duì)懸浮穩(wěn)定性的影響以及不同材料、質(zhì)量和表面粗糙度對(duì)懸浮高度的影響。
【關(guān)鍵詞】：超聲近場(chǎng)懸浮 超聲變幅桿優(yōu)化 穩(wěn)定性 懸浮高度
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TG663
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 緒論9-22
• 1.1 課題背景9-10
• 1.2 非接觸夾持技術(shù)10
• 1.3 超聲波懸浮的原理與分類10-14
• 1.3.1 駐波懸浮11-12
• 1.3.2 超聲波近場(chǎng)懸浮12-14
• 1.4 超聲近場(chǎng)懸浮及超聲變幅桿的研究現(xiàn)狀14-20
• 1.4.1 超聲近場(chǎng)懸浮研究概況15-18
• 1.4.2 超聲變幅桿研究概況18-20
• 1.5 超聲波近場(chǎng)懸浮存在的問題和發(fā)展趨勢(shì)20
• 1.6 本文主要研究?jī)?nèi)容20-22
• 2 超聲近場(chǎng)懸浮基本理論及實(shí)驗(yàn)裝置22-33
• 2.1 超聲近場(chǎng)懸浮基本理論22-27
• 2.1.1 超聲振動(dòng)在固體中的傳播22-24
• 2.1.2 彎曲振動(dòng)圓盤的輻射聲場(chǎng)24-27
• 2.2 超聲近場(chǎng)懸浮實(shí)驗(yàn)裝置的建立27-32
• 2.2.1 超聲波發(fā)生器28-29
• 2.2.2 超聲波換能器29
• 2.2.3 超聲波變幅桿29-31
• 2.2.4 超聲懸浮聲壓測(cè)量裝置31-32
• 2.3 本章小結(jié)32-33
• 3 超聲變幅桿的設(shè)計(jì)與優(yōu)化33-55
• 3.1 超聲變幅桿的設(shè)計(jì)方法33-36
• 3.1.1 傳統(tǒng)解析法33-34
• 3.1.2 等效電路法34-35
• 3.1.3 四端網(wǎng)絡(luò)法35
• 3.1.4 有限元法35-36
• 3.2 超聲變幅桿的理論分析36-39
• 3.2.1 均質(zhì)等截面桿的頻率方程36-37
• 3.2.2 軸對(duì)稱彎曲振動(dòng)薄圓盤的頻率方程37-38
• 3.2.3 超聲變幅桿的設(shè)計(jì)38-39
• 3.3 超聲變幅桿的有限元分析39-41
• 3.3.1 有限元方法簡(jiǎn)介39-40
• 3.3.2 模型有限元分析40-41
• 3.4 超聲變幅桿的優(yōu)化41-51
• 3.4.1 優(yōu)化依據(jù)41-43
• 3.4.2 圓孔半徑的選取43-44
• 3.4.3 圓孔深度的選取44-47
• 3.4.4 開孔圓柱變幅桿有限元分析47-48
• 3.4.5 圓孔半徑對(duì)圓柱變幅桿振動(dòng)頻率的影響48-49
• 3.4.6 圓孔深度對(duì)圓柱變幅桿振動(dòng)頻率的影響49-51
• 3.5 基于開孔型圓柱變幅桿的實(shí)驗(yàn)51-54
• 3.5.1 聲場(chǎng)聲壓52
• 3.5.2 對(duì)懸浮高度的影響52-53
• 3.5.3 對(duì)懸浮片回復(fù)周期的影響53-54
• 3.6 本章小結(jié)54-55
• 4 超聲近場(chǎng)懸浮實(shí)驗(yàn)與分析55-66
• 4.1 振幅和懸浮高度的測(cè)量55-59
• 4.1.1 激光位移傳感器55-56
• 4.1.2 振動(dòng)圓盤振幅56-58
• 4.1.3 懸浮高度58-59
• 4.2 不同懸浮片實(shí)驗(yàn)研究59-65
• 4.2.1 直徑對(duì)懸浮穩(wěn)定性的影響59-61
• 4.2.2 材料、質(zhì)量對(duì)懸浮高度的影響61-63
• 4.2.3 表面粗糙度對(duì)懸浮高度的影響63-65
• 4.3 本章小結(jié)65-66
• 結(jié)論66-67
• 參考文獻(xiàn)67-70
• 致謝70-71

【參考文獻(xiàn)】

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1 王應(yīng)彪;劉傳紹;趙波;;功率超聲技術(shù)的研究現(xiàn)狀及其應(yīng)用進(jìn)展[J];機(jī)械研究與應(yīng)用;2006年04期

2 趙福令,馮冬菊,郭東明,方亞英;超聲變幅桿的四端網(wǎng)絡(luò)法設(shè)計(jì)[J];聲學(xué)學(xué)報(bào);2002年06期

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本文編號(hào)：704137