超声针的优化设计与其在物质微操控中的应用

发布时间：2020-04-23 12:57

【摘要】：超声针在声辐射力声流的产生及微振动驱动上有重要的应用，声辐射力与声流使得利用声学方法操作小颗粒成为了可能，此外，利用合适的控制声场，还可以实现小颗粒的抓取，团聚，变形。超声针的一个设计目的是在针尖处得到大的振动速度，虽然针对超声针的振动激励机理与尺寸因素的设计对获得针尖大振速至关重要，但是几乎没有人就振动激励机理与尺寸进行过相关研究，这些问题限制了超声针的进一步应用。为了应对当前的挑战，，本文首先就超声针激励方法尺寸与振动位移之间的关系进行了理论与实验研究；然后，提出并研究了一种利用弯曲振动的超声针在反节点处控制吸附液滴的新方法。作者研究了超声针激励方法结构尺寸与针尖振动位移之间的关系。试验用超声针被三明治型压电换能器所激励，对超声针振动有影响的许多物理因素通过实验和理论被研究，这些因素包括：超声针在换能器上的被激励长度，位置，方向，压电换能器端板的模态，针锥形长度在总长度中的比例。作者提出并研究了一种利用弯曲振动的超声针在反节点处控制吸附液滴的新方法。针的吸附能力取决了其振动以及液体特性，如声速，声阻抗，密度，此外，针的直径对吸附能力也有重要影响。一种基于振动可以减小分子间引力的假说基础上的简单的物理学模型被提出，以说明实验中遇到的现象。这种新方法可以在没有微管道和渠道条件下实验液滴的吸附。本文具有重要的研究应用价值，例如用于超声针的优化，在没有微管道与渠道的条件下实现液滴的分离，液滴形状的控制等。
【图文】：

超声传感器

它的频率大于人类听觉范围的上限。因此在物我们成为超声只因为我们无法听到它这个事实。虽然对于一个将健康年轻人来说，它越是 20 接近 kHz[34]向性，短波长以及无声等优点[35]，因此具有很多的用用途[36-38]。例如超声成像，超声清洗，超声精确定位声作动器与我们的生活息息相关：在医学应用或者相号转换成运动。压电材料如石英，四水酒石酸钾钠，制作超声作动器。压电材料的两个重要特性是压电效应逆压电效应，把电信号转换成运动。它有很多类型，能器等。

直线型超声电机

器（因为其即发送信号又接收信号，因此又被成为收发机）的工作机作机理类似，通过分析无线电波或者声波的回波评估目标的特性。超号，又能接受回波以探测障碍物的距离。它被广泛应用在测距控制，当环境条件对光学探测器不太适应时候。马达是利用超声振动（一种典型的弹性振动）以获得驱动力，这种驱动力[41]，其中超声电机可以分为直线型超声单机与旋转型超声电机。
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：R445.1

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