超声微/纳操控系统的设计与应用

发布时间：2021-12-09 19:36

　　超声微/纳操控是利用超声引起的声辐射力、声学流实现对微纳米物体的驱动、吸附、旋转、移动以及释放等操控。利用超声进行微纳米物体的操控作为一个新兴领域,其具有结构简单、对不同物体的操控没有局限性、没有热损害等优点。其通过压电超声换能器将电能转换成机械振动（超声波）实现了对微纳米物体的操控。本课题是基于胡俊辉教授团队对微纳米物体操控的研究基础之上,目的在于设计一款超声微/纳操控系统。其主要包括各个器件之间的整合,将现有器件集成为一个系统,同时解决现有系统位置精度低以及位置调节时的抖动问题,提高微纳米物体操控的成功率,使的超声微/纳操控更加有效。本课题的主要研究内容包括:超声微/纳操控系统的机械结构和硬件电路的设计。其中机械结构的设计主要包括三自由度直线平台的搭建、电机及驱动器的选择、超声换能器及夹具的设计。硬件电路的设计主要包括微控制器的选择、最小应用电路的设计。其中最小应用电路的设计包含供电电路的设计、复位电路的设计、时钟信号电路的设计、程序下载电路的设计、存储电路的设计以及按键及显示灯电路的设计。超声微/纳操控系统的软件设计。其主要包括上位机软件界面的设计和STM32的程序代码的编程。上... 

【文章来源】：南京航空航天大学江苏省 211工程院校

【文章页数】：86 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
注释表
第一章 绪论
    1.1 引言
    1.2 研究现状
        1.2.1 微/纳操控研究现状
        1.2.2 超声微/纳操控系统的现状研究
    1.3 压电超声换能器简介
        1.3.1 压电效应及压电陶瓷材料
        1.3.2 压电超声换能器简述
        1.3.3 压电超声换能器分类及应用
    1.4 课题研究目的、意义及内容
        1.4.1 课题来源
        1.4.2 课题研究内容及目的
    1.5 论文总体结构
第二章 超声微/纳操控系统的硬件设计
    2.1 引言
    2.2 超声微/纳操控系统的结构概述
    2.3 机械结构的设计
        2.3.1 三自由度直线平台的构建
        2.3.2 电机及驱动器的选择
            2.3.2.1 电机的选择
            2.3.2.2 驱动器的选择
        2.3.3 压电超声换能器的设计
        2.3.4 夹具的设计
    2.4 系统硬件电路的设计
        2.4.1 微控制器的选型
        2.4.2 STM32 硬件电路设计
        2.4.3 USART通信模块
        2.4.4 驱动脉冲信号模块
    2.5 小结
第三章 超声微/纳操控系统的软件设计
    3.1 软件总体结构概述
    3.2 上位机软件控制界面的设计
        3.2.1 LabVIEW软件简述
        3.2.2 LabVIEW软件界面设计
            3.2.2.1 界面功能的设定
            3.2.2.2 流程图及数据帧的设计
            3.2.2.3 界面程序的设计
    3.3 下位机STM32 软件程序设计
        3.3.1 软件流程
        3.3.2 串口通讯程序
        3.3.3 电机控制
            3.3.3.1 脉冲当量以及驱动脉冲周期的计算
            3.3.3.2 驱动脉冲的设定
            3.3.3.3 位置的控制
    3.4 小结
第四章 系统实验
    4.1 引言
    4.2 系统精度测量
        4.2.1 激光位移传感器简介
        4.2.2 精度测试
            4.2.2.1 一自由度直线平台精度测试
            4.2.2.2 三自由度直线平台精度测试
    4.3 超声微/纳操控(银纳米线)实验
        4.3.1 实验系统构建
        4.3.2 银纳米线操控的实验现象
        4.3.3 操控特性及结果分析
    4.4 总结
第五章 一种制备石墨烯的超声微/纳系统的初步研究
    5.1 引言
    5.2 实验系统的建立
    5.3 实验条件及现象
    5.4 探究试验因素对制备石墨烯的影响
        5.4.1 激振器振动周期的试验的影响
        5.4.2 激振器振动频率的试验的影响
        5.4.3 激振器工作电压的试验的影响
        5.4.4 压电超声换能器工作电压的试验的影响
        5.4.5 试验结论
    5.5 小结
第六章 全文总结及展望
    6.1 全文总结
    6.2 研究展望
参考文献
致谢
在校期间的研究成果及发表的学术论文
附录


【参考文献】：
期刊论文
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[3]石墨烯:单原子层二维碳晶体——2010年诺贝尔物理学奖简介[J]. 朱宏伟.  自然杂志. 2010(06)
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[5]飞秒激光与生物细胞作用机理及应用[J]. 狄建科,周明,杨海峰,戴娟.  激光生物学报. 2008(02)
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[8]步进电机的基本原理[J]. 张明.  科技信息. 2007(09)
[9]压电泵技术的发展及其应用[J]. 焦小卫,黄卫清,赵淳生.  微电机(伺服技术). 2005(05)
[10]压电超声换能器的应用与发展[J]. 贾宝贤,边文凤,赵万生,王振龙.  压电与声光. 2005(02)

硕士论文
[1]锆钛酸铅压电纤维及其复合材料的制备与性能研究[D]. 商毅龙.中南大学 2013



本文编号：3531193