【摘要】：聲波在連續(xù)的介質(zhì)中傳播,碰到障礙物后會在聲波和障礙物的接觸面上產(chǎn)生聲輻射力,方向一般和聲波的傳播方向相同。在實(shí)際生活中聲輻射力有著很多重要的應(yīng)用,其中隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展,利用聲波的輻射力可以實(shí)現(xiàn)對微小粒子的操控,根據(jù)這一原理制成了聲鑷子,這在生命科學(xué)、材料科學(xué)、醫(yī)學(xué)等眾多領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用價值。研究微小粒子在聲場中所受的聲輻射力對聲鑷子的研制和改進(jìn)有重要的現(xiàn)實(shí)意義。對于聲輻射力的研究目前主要集中在球形、柱形等規(guī)則形狀粒子上,其中柱形粒子是一種在實(shí)際應(yīng)用中非常典型的粒子。我們使用的聲學(xué)換能器大多數(shù)是高斯聲場束的�；诖�,本文重點(diǎn)介紹高斯波束作用于柱形粒子的聲鑷子研究。由于目標(biāo)粒子可能位于高斯波束的任何地方,首先研究的是柱形粒子在任意位置時高斯波束的波束因子。其中將高斯波束用級數(shù)法展開并結(jié)合柱函數(shù)加性定理可得到柱形粒子在任意位置時高斯波的波束因子表達(dá)式。用Matlab進(jìn)行仿真觀察不同位置的高斯波束因子收斂曲線,可以知道其收斂項(xiàng)的變化規(guī)律。之后由高斯波束的波束因子和高斯波束作用于粒子的聲散射特性可以得到具體的聲輻射力表達(dá)式,本文分別介紹了剛性柱、彈性柱、粘彈性柱粒子的聲輻射力表達(dá)式。最后用Matlab分別對高斯波束作用在不同材料柱形粒子的聲輻射力進(jìn)行仿真。通過觀察偏移距離、高斯波的波束寬度以及頻率對高斯波作用在柱形粒子聲輻射拉力區(qū)的影響情況,進(jìn)而觀察懸浮點(diǎn)、聲輻射力拉力區(qū)個數(shù)以及拉力區(qū)寬度的變化情況,以實(shí)現(xiàn)對高斯波束聲鑷子的研究。通過研究可以看出柱形粒子所用的材料不同、偏移距離不同、高斯波的波束寬度不同、頻率不同時,其對應(yīng)的可適合做懸浮點(diǎn)的具體情況、聲輻射拉力區(qū)和拉力區(qū)寬度也會有所不同。所以在研究高斯波束聲鑷子時具體情況需要進(jìn)行具體討論。其中當(dāng)剛性柱粒子距離高斯波束中心的距離為x0/a = 3,y0/a = 1.3時,可以看出在該點(diǎn)附近前后的橫向聲輻射力總是方向相反,同時相對于該點(diǎn)對稱,那么這個點(diǎn)可以看作是在該方向上比較完美的懸浮點(diǎn)。這些可以為以后聲鑷子的研究提供理論依據(jù)。
【圖文】：

圖１－３聚焦換能器的聲懸浮逡逑２０１６年，法國研究員蒂亞戈用１２７個可以獨(dú)立操控的壓電換能器組成了換能逡逑器陣列，實(shí)現(xiàn)了單聲源對軸線粒子的聲懸�。郏保福荨Ｈ鐖D１－４所示，該實(shí)驗(yàn)采用相位逡逑控制法，用正弦信號人工合成旋渦聲場，產(chǎn)生軸向和橫向的回復(fù)力成功抓取了聚逡逑苯乙烯粒子，從而可以進(jìn)行二維操控。本實(shí)驗(yàn)證明了利用單向聲陣列抓取粒子的逡逑可能性，對以后單聲源聲鑷子擴(kuò)展有重要的現(xiàn)實(shí)意義。逡逑一邋＾逡逑＇、＿Ｔ逡逑＇邋Ｌ逡逑Ｐａｒｒｉｃｌｃ邋Ｐ邐？逡逑Ｔ．邐＾、邋．Ｐ逡逑＂產(chǎn)士一＾Ｃａｍｅｒａ逡逑Ｍｏｔｏｒｉｚｅｄ邋ｆｉｌｍ逡逑ｚ邐邐逡逑圖１－４換能器陣列懸浮聚苯乙烯球原理圖逡逑３逡逑

邐陜西師范大學(xué)碩士學(xué)位逡逑ｘｃ／ｆｌ邋＝邋８時的聲輻射力隨著橫向距離變化的變化曲線。由圖中可以看出聲輻射力的逡逑值有正值也有負(fù)值，其中使粒子遠(yuǎn)離波束中心的力表示為推力，使粒子靠近波束逡逑中心的力表示為拉力。從圖４－１邋（ｂ）中可以明顯看出在橫向距離（－５，５）之間橫向逡逑聲輻射力近似于正弦變化，而且中間出現(xiàn)了若干個極大值和極小值。由于聲輻射逡逑拉力和推力的相交處是懸浮微粒的力平衡點(diǎn)，我們給它取名為聲懸浮點(diǎn)。其中可逡逑以看到當(dāng)柱形粒子的軸向距離不同，橫向距離為０處，其軸向聲輻射力達(dá)到最大逡逑值，橫向聲福射力為０。其中可以看到當(dāng)ｘＱ／ｆｌ邋＝邋３，＿ｙ（）／ａ邋＝邋１．３，在該點(diǎn)附近前后的逡逑橫向聲輻射力方向相反，同時相對于該點(diǎn)對稱，那么這個點(diǎn)在該方向可以看作是逡逑比較完美的懸浮點(diǎn)。這對于聲鑷子的設(shè)計(jì)有指導(dǎo)意義。逡逑邐邐邋ｌ＾ｒ—，——ｎ——，——，——，，——｜——，——ｎ邐逡逑
【學(xué)位授予單位】：陜西師范大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：O422

【參考文獻(xiàn)】

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2 鄭海榮;錢明;;超聲造影微泡:敏銳成像、定點(diǎn)給藥與治療[J];中國醫(yī)療器械信息;2011年07期

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2 宋智廣;單波束微小柱形粒子聲輻射力的研究[D];陜西師范大學(xué);2013年

本文編號：2614660