基于阵列超声微颗粒操控的相位优化研究

发布时间：2020-12-18 04:43

　　随着生物细胞、材料化学和精密电子等产业的快速发展,对于目标物体的操控要求也越来越高,安全、无损伤的声操控就是在各领域得到广泛应用的一种非接触式操控方法。但目前传统超声驻波操控的方式操控灵活性差,且需要繁琐的声发射元件,这限制了声操控在各领域的应用。本文以阵列超声的操控为研究对象,基于阵列超声建立阵列超声的操控模型,对模型进行优化求解,从仿真和实验的角度验证阵列超声操控模型,实现对粒子的三维空间操控,并对操控粒子的运动状态进行分析。针对阵列超声换能器声场及可视化问题,本文从声波的波动方程出发,推导单点声源在空间中的辐射模型,计算圆形活塞式换能器的声场辐射模型;根据超声阵列每个换能器的空间位置和声波的叠加性质,获得阵列式换能器的声场模型。通过阵列式换能器的辐射模型,利用Matlab对阵列换能器声场进行可视化仿真,并分析单个换能器和阵列换能器声场的分布特征。针对阵列超声操控模型及其求解问题,从物体声势能的角度构建粒子在声场中的操控数学模型,提出使用遗传算法作为相位优化的解决方案,并使用基于图像测量的方法对操控粒子时的运动状态进行分析。从物体在声场中操控机理入手,分析了声场中的物体在所受声辐射... 

【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校

【文章页数】：65 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

声操控在各领域的应用

了制备出组织细化，均匀，高超导性能的材料，应用可以在过冷的熔体状态下迅速完成凝固[6]。合金的凝在无容器壁影响的状态下容易得到均匀致密的合金制造与装配领域，加工和运输零件需要更加精密，成产品生产的失败，造成极大的人力物力的资源浪供了新的思路，声波对器件几乎零损伤的特点避免的破坏[7]，如图 1-1 d)所示，芯片的非接触超声操控究热点，因此声操控在精密电子领域中正受到越来平的提高，实际应用中对于声操控技术的要求也随驻波的原理对物体实现操控，物体被捕获在超声驻之间谐振腔的长度，可以灵活改变驻波节点的位置移动[8, 9]。阵列式超声换能器的操控方法简化了传统单边发射声场捕获物体，操控更加灵活。因此，建解方法，并对操控物体的稳定方面进行研究，对阵有重要意义。

S 磁力操控 b) 气动操控 c) 静电操控 d) 声操图 1-3 非接触式操控示意图）磁操控是目前技术相对成熟而且应用较为广泛的一种非接触道交通、微型机器人等领域已经被实际应用。由于存在“同性吸”的性质，磁体之间会产生力的作用，如图 1-3 a)所示。磁体或相互排斥力，为物体的操控提供动力。通过控制作用于物体方向，就能够实现对物体运动状态的操控[10]。目前技术在微纳经得到广泛应用，如图 1-4，使用磁力可以为微纳米机器人的平移作提供动力[11]。由于可以产生较强的磁场强度，因此磁操控能磁力只能作用在磁性物体上，因此磁力操控对被操控物体有特殊体具有磁性，或有电磁特性，需要精确的磁场强度控制[12]，否性较差，这也对磁操控技术的应用有局限作用。

【参考文献】：
期刊论文
[1]任意声阻抗情况下的微粒所受声辐射力的研究[J]. 吴融融,刘晓宙,龚秀芬.  声学技术. 2013(S1)
[2]用于晶体生长的地基无容器悬浮技术[J]. 曹慧玲,郭云珠,马晓亮,卢慧甍,解旭卓,周伯儒,尹大川.  材料导报. 2011(19)
[3]声悬浮和强激光耦合作用下三元Al-Cu-Si合金的快速凝固[J]. 闫娜,耿德路,洪振宇,魏炳波.  科学通报. 2011(Z1)
[4]声悬浮技术的发展及应用[J]. 沈昌乐,解文军,洪振宇,魏炳波.  现代物理知识. 2010(03)
[5]聚焦式超声悬浮[J]. 潘祥生,邢立华,李勋,张德远.  北京航空航天大学学报. 2006(01)
[6]声悬浮研究新进展[J]. 解文军,魏炳波.  物理. 2002(09)



本文编号：2923374