基于FPGA超声相控阵动态悬浮系统研究
发布时间：2021-09-23 13:18
随着现代超声技术的发展,声悬浮技术也逐渐发展起来,在生物反应、液滴分离、高温处理等领域得到广泛的运用。传统的驻波悬浮具有操控性差、需要反射器建立驻波声场等问题,这些缺点大大限制了它的应用。而超声相控阵聚焦悬浮技术是一种新型的声悬浮技术,可以通过相位调制技术,控制物体在三维空间中任意位置悬浮。它具有操控性强、声束灵活等优点,因此超声相控阵运用的范围也越来越广泛。本文将研究在超声内加工的过程中,被加工物在空间中难以达到稳定悬浮状态的问题,将搭建一个新型超声悬浮系统即FPGA超声相控阵悬浮系统,这一系统通过高精度的延时控制技术,控制阵列延迟信号产生,将阵列超声信号输出至开放式阵列半椭圆形装置中,使其产生聚焦的效果,实现在空间中聚集能量,并且能够和悬浮物质的重力相互抵消,从而实现悬浮,可使被加工物处于微重力的环境,从而达到稳定状态。本论文的研究内容如下:（1）本文通过研究声学波动方程和超声相控阵聚焦理论,模拟二维平面超声聚焦声场和建立声场时序彩图,并且结合扇形阵列聚焦理论,推导出开放式阵列模型聚焦方法。又通过数值模拟方法,模拟了开放式阵列在无悬浮状态和悬浮状态时的声场变化。并且模拟相同半径的聚...
【文章来源】：杭州电子科技大学浙江省
【文章页数】：65 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．２超声相控阵三维成像??２０１６年，Ｃｈａｔａｒ等人利用ＦＰＧＡ可以高速处理数据的能力，设计了一款基于??
图１．３驻波悬浮液体示意图??２０１０年，美国加州大学Ｊｕｎｇｗｏｏ?Ｌｅｅ等人［３９］使用３０ＭＨｚ的高频聚焦超声制作悬??浮系统，并实现对微球形粒子操控，在图１．４所示，通过单波束声悬浮装置成功捕??获直径１２６ＷＷ的油酸微粒，并计算出这个实验装置的捕获力，为声悬浮技术发展起??４??
??Ｌ—?Ｌａｔｅｒａｌ??ｍｏｔｏｒｉｚｅｄ?ｐｏｓｉｔｉｏｎｅｒ??图１．４单波束声悬浮示意图??在２０１１年，Ｐｅｔｅｒ?Ｇｌｙｎｎｅ－Ｊｏｎｅｓ等人［４Ｃ）］使用一维阵列超声相控阵技术实现微粒悬??浮和移动。如图１．５所示，利用阵列超声换能器和反射板之间形成驻波，如图（ａ）??中。处于悬浮的粒子横向的向驻波节点处移动，如图（ｂ）所示。在（ｃ）和（ｄ）中??通过控制超声波换能器的激发顺序，实现微粒在反射板和超声波阵列发射器之间进??行移动。??｛？）?（ｂ）?（ｅ）?（ｄ）??图１．５?—维阵列悬浮微粒??在国内，西北工业大学解文军博士在２００２年首先建立单轴式声悬浮模型，并??第一次悬浮了自然界中密度最大的固体铱和液体汞［４１］，在２０１２年，采用格子??ＢｏｌｔＺｍａｎｎ的方法，研宄圆柱形封闭谐振腔中的圆盘样品的声悬浮过程，并对声悬浮??过程中的非线性效应进行深入研究
【参考文献】：
期刊论文
[1]具有环形限位夹持力的单轴式超声悬浮系统[J]. 范皓然,尹冠军,李盼,郭建中. 声学学报. 2018(03)
[2]金属熔融三维直写工艺研究[J]. 杨东霞,单忠德,王永威,戎文娟. 铸造技术. 2016(10)
[3]二维超声相控阵的声场特性[J]. 龙绒蓉,王海涛,郭瑞鹏,徐君,郭艳,沈立军. 无损检测. 2015(12)
[4]超声相控阵检测技术的发展及应用[J]. 靳世久,杨晓霞,陈世利,黄玉秋,郭薇. 电子测量与仪器学报. 2014(09)
[5]基于FPGA的相控超声发射系统设计与实现[J]. 张慧,王红亮,何常德,张文栋,薛晨阳. 计算机测量与控制. 2014(08)
[6]声悬浮过程的格子Boltzmann方法研究[J]. 解文军,滕鹏飞. 物理学报. 2014(16)
[7]近场超声悬浮精度理论分析及试验研究[J]. 马希直,王挺,王胜光. 机械工程学报. 2014(11)
[8]基于互补推挽结构的MOS管功率放大电路设计[J]. 吴丽峰,朴梁,张大为. 电子制作. 2013(09)
[9]超声无损检测技术的研究进展[J]. 敬人可,李建增,周海林. 国外电子测量技术. 2012(07)
[10]声悬浮条件下黏性液滴的扇谐振荡规律研究[J]. 邵学鹏,解文军. 物理学报. 2012(13)
博士论文
[1]干法刻蚀辅助飞秒激光加工技术研究[D]. 刘学青.吉林大学 2017
[2]基于超声相控阵原理的结构健康监测技术研究[D]. 孙亚杰.南京航空航天大学 2010
[3]声悬浮优化设计理论及其应用研究[D]. 解文军.西北工业大学 2002
硕士论文
[1]超声相控阵声场仿真及控制方法研究[D]. 黄智刚.南昌航空大学 2018
[2]飞秒激光制备的功能化微流控芯片的研究[D]. 胡文锦.中国科学技术大学 2018
[3]超声驻波作用下固液界面液滴脱附动态行为研究及其应用[D]. 郭亚杰.杭州电子科技大学 2018
[4]超声相控阵任意波形激励应用研究[D]. 孙琪.西安科技大学 2017
[5]32通道模块化超声相控阵硬件系统的研究[D]. 骆晓祥.西南交通大学 2016
[6]超声振动辅助介观尺度半固态金属成形机理和实验研究[D]. 任庆伟.浙江大学 2016
[7]基于FPGA的超声相控阵检测系统的研究与设计[D]. 仲光明.南京航空航天大学 2016
[8]飞秒激光小切口基质透镜取出术后光学质量变化的研究[D]. 徐路路.天津医科大学 2015
[9]超声相控阵换能器阵列延时电路设计[D]. 侯军辉.西南交通大学 2012
[10]AES加密算法及其错误检测的硬件实现[D]. 郑婷婷.昆明理工大学 2009
本文编号：3405776
【文章来源】：杭州电子科技大学浙江省
【文章页数】：65 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．２超声相控阵三维成像??２０１６年，Ｃｈａｔａｒ等人利用ＦＰＧＡ可以高速处理数据的能力，设计了一款基于??
图１．３驻波悬浮液体示意图??２０１０年，美国加州大学Ｊｕｎｇｗｏｏ?Ｌｅｅ等人［３９］使用３０ＭＨｚ的高频聚焦超声制作悬??浮系统，并实现对微球形粒子操控，在图１．４所示，通过单波束声悬浮装置成功捕??获直径１２６ＷＷ的油酸微粒，并计算出这个实验装置的捕获力，为声悬浮技术发展起??４??
??Ｌ—?Ｌａｔｅｒａｌ??ｍｏｔｏｒｉｚｅｄ?ｐｏｓｉｔｉｏｎｅｒ??图１．４单波束声悬浮示意图??在２０１１年，Ｐｅｔｅｒ?Ｇｌｙｎｎｅ－Ｊｏｎｅｓ等人［４Ｃ）］使用一维阵列超声相控阵技术实现微粒悬??浮和移动。如图１．５所示，利用阵列超声换能器和反射板之间形成驻波，如图（ａ）??中。处于悬浮的粒子横向的向驻波节点处移动，如图（ｂ）所示。在（ｃ）和（ｄ）中??通过控制超声波换能器的激发顺序，实现微粒在反射板和超声波阵列发射器之间进??行移动。??｛？）?（ｂ）?（ｅ）?（ｄ）??图１．５?—维阵列悬浮微粒??在国内，西北工业大学解文军博士在２００２年首先建立单轴式声悬浮模型，并??第一次悬浮了自然界中密度最大的固体铱和液体汞［４１］，在２０１２年，采用格子??ＢｏｌｔＺｍａｎｎ的方法，研宄圆柱形封闭谐振腔中的圆盘样品的声悬浮过程，并对声悬浮??过程中的非线性效应进行深入研究
【参考文献】：
期刊论文
[1]具有环形限位夹持力的单轴式超声悬浮系统[J]. 范皓然,尹冠军,李盼,郭建中. 声学学报. 2018(03)
[2]金属熔融三维直写工艺研究[J]. 杨东霞,单忠德,王永威,戎文娟. 铸造技术. 2016(10)
[3]二维超声相控阵的声场特性[J]. 龙绒蓉,王海涛,郭瑞鹏,徐君,郭艳,沈立军. 无损检测. 2015(12)
[4]超声相控阵检测技术的发展及应用[J]. 靳世久,杨晓霞,陈世利,黄玉秋,郭薇. 电子测量与仪器学报. 2014(09)
[5]基于FPGA的相控超声发射系统设计与实现[J]. 张慧,王红亮,何常德,张文栋,薛晨阳. 计算机测量与控制. 2014(08)
[6]声悬浮过程的格子Boltzmann方法研究[J]. 解文军,滕鹏飞. 物理学报. 2014(16)
[7]近场超声悬浮精度理论分析及试验研究[J]. 马希直,王挺,王胜光. 机械工程学报. 2014(11)
[8]基于互补推挽结构的MOS管功率放大电路设计[J]. 吴丽峰,朴梁,张大为. 电子制作. 2013(09)
[9]超声无损检测技术的研究进展[J]. 敬人可,李建增,周海林. 国外电子测量技术. 2012(07)
[10]声悬浮条件下黏性液滴的扇谐振荡规律研究[J]. 邵学鹏,解文军. 物理学报. 2012(13)
博士论文
[1]干法刻蚀辅助飞秒激光加工技术研究[D]. 刘学青.吉林大学 2017
[2]基于超声相控阵原理的结构健康监测技术研究[D]. 孙亚杰.南京航空航天大学 2010
[3]声悬浮优化设计理论及其应用研究[D]. 解文军.西北工业大学 2002
硕士论文
[1]超声相控阵声场仿真及控制方法研究[D]. 黄智刚.南昌航空大学 2018
[2]飞秒激光制备的功能化微流控芯片的研究[D]. 胡文锦.中国科学技术大学 2018
[3]超声驻波作用下固液界面液滴脱附动态行为研究及其应用[D]. 郭亚杰.杭州电子科技大学 2018
[4]超声相控阵任意波形激励应用研究[D]. 孙琪.西安科技大学 2017
[5]32通道模块化超声相控阵硬件系统的研究[D]. 骆晓祥.西南交通大学 2016
[6]超声振动辅助介观尺度半固态金属成形机理和实验研究[D]. 任庆伟.浙江大学 2016
[7]基于FPGA的超声相控阵检测系统的研究与设计[D]. 仲光明.南京航空航天大学 2016
[8]飞秒激光小切口基质透镜取出术后光学质量变化的研究[D]. 徐路路.天津医科大学 2015
[9]超声相控阵换能器阵列延时电路设计[D]. 侯军辉.西南交通大学 2012
[10]AES加密算法及其错误检测的硬件实现[D]. 郑婷婷.昆明理工大学 2009
本文编号：3405776
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