超声换能器阵驻波悬浮传输仿真及实验

发布时间：2017-10-15 23:36

  本文关键词：超声换能器阵驻波悬浮传输仿真及实验

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【摘要】：超声驻波悬浮传输技术,由于其具有结构简单、悬浮传输径向稳定性好、可模拟微重力、无接触等优点,在航天学、生物研究、医疗卫生等领域具有广泛的应用,尤其在研制疫苗,DNA感染等方面更是具有不可替代的作用。首先本文对理想媒质中的声波方程进行推导,进而推导出声场声压、时间平均势、相对时间平均势、弹性回复力、弹性回复系数等参数表达式;指出被悬浮物的悬浮位置、影响声场悬浮能力的相关参数、描述传输平稳性的参数及其相关关系。其次仿真谐振腔结构尺寸对声场悬浮能力的影响,探讨声场结构参数、换能器阵元振幅调制函数、阵元间相位差对传输过程平稳性的影响,并使用凹球反射面增强驻波声场的悬浮能力,确定悬浮能力相对最优时的声场结构参数值;分析结构尺寸对换能器阵传输过程平稳性的影响,由此选择传输平稳性相对最优时尺寸值,并根据加载于换能器阵元的振幅调制函数、阵元间相位差对传输平稳性的影响,选择相对最优调制函数形式。最终根据仿真数据,选择实验装置,实现多层聚丙乙烯小球在换能器阵中的悬浮;验证凹球反射面对换能器阵悬浮能力具有提高效应;以小球自发振动频率、传输(加)速度为指标,通过改变声场结构尺寸、换能器阵元间相位差,验证参数变化对换能器阵传输平稳性指标的影响。寻求传输平稳性相对最优时声场尺寸参数数值及调制函数形式。实验结果验证仿真所得相对最优调制函数相位差对传输平稳性影响。
【关键词】：超声驻波悬浮传输 悬浮能力 振幅调制 传输平稳性
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TB552
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-19
• 1.1 课题背景9-10
• 1.2 国内外研究现状10-17
• 1.2.1 各种悬浮技术概况10-12
• 1.2.2 超声驻波悬浮研究与应用现状12-13
• 1.2.3 国外超声驻波传输研究现状13-16
• 1.2.4 国内超声驻波悬浮传输研究现状16-17
• 1.3 本课题主要研究内容17-19
• 第2章 驻波悬浮传输原理19-29
• 2.1 超声驻波的声场描述19-26
• 2.1.1 波动方程19-21
• 2.1.2 驻波声场参数21-26
• 2.2 超声换能器阵式驻波传输稳定性26-28
• 2.2.1 传输力26-27
• 2.2.2 传输稳定性参数27-28
• 2.3 本章小结28-29
• 第3章 声场参数与传输性能关系仿真29-53
• 3.1 谐振腔结构尺寸参数与悬浮能力关系29-38
• 3.1.1 悬浮能力的描述29
• 3.1.2 平反射面结构参数对悬浮能力影响29-35
• 3.1.3 凹球反射面换能器阵结构尺寸参数对悬浮能力影响分析35-38
• 3.2 声场主动调制参数与传输能力关系仿真38-47
• 3.2.1 声场主动调制参数及传输能力的描述38-39
• 3.2.2 阵元振幅差对超声传输能力的影响39-41
• 3.2.3 阵元相位差对超声传输能力的影响41-47
• 3.3 超声换能器阵系统传输平稳性仿真分析47-51
• 3.3.1 传输平稳性的描述47
• 3.3.2 结构参数对传输平稳性的影响47-49
• 3.3.3 阵元相位差对传输平稳性的影响49-51
• 3.4 本章小结51-53
• 第4章 超声换能器阵传输实验研究53-69
• 4.1 超声驻波换能器传输实验装置53-54
• 4.2 实验平台的搭建54-57
• 4.3 超声驻波换能器阵悬浮实验57-62
• 4.3.1 最小激励电压的表示57-58
• 4.3.2 平反射面悬浮能力实验58-60
• 4.3.3 凹球反射面悬浮能力实验60-61
• 4.3.4 平/凹球反射面悬浮能力对比61-62
• 4.4 超声驻波换能器阵传输实验62-67
• 4.4.1 小球自发振动频率及传输速度的表示62
• 4.4.2 换能器阵结构尺寸对径向弹性回复系数的影响实验62-64
• 4.4.3 阵元相位差对轴向弹性回复系数的影响实验64-66
• 4.4.4 阵元相位差对传输（加）速度的影响实验66-67
• 4.5 本章小结67-69
• 结论69-70
• 参考文献70-74
• 攻读学位期间发表的学术论文及其它成果74-76
• 致谢76

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前3条

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2 林仲茂;20世纪功率超声在国内外的发展[J];声学技术;2000年02期

3 杨叔子;丁汉;李斌;;高端制造装备关键技术的科学问题[J];机械制造与自动化;2011年01期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 解文军;声悬浮优化设计理论及其应用研究[D];西北工业大学;2002年

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本文编号：1039375