超声驻波悬浮传输装置的研制与实验

《超声驻波悬浮传输装置的研制与实验》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、硕士学位论文超声驻波悬浮传输装置的研制与实验DESIGNANDEXPERIMENTRESEARCHOFEQUIPMENTFORULTRASONICSTANDINGWAVELEVITATIONANDTRANSPORTATION（应用型）贾串玲哈尔滨工业大学2015年7月国内图书分类号：TB559学校代码：10213国际图书分类号：621密级：公开工学硕士学位论文超声驻波悬浮传输装置的研制与实验（应用型）硕士研究生：贾串玲导师：董惠娟教授申请学位：工学硕士学科：机械电子工程所在单位：机电工程学院答辩日期：2015年7月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TB55

2、9U.D.C.:621DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringDESIGNANDEXPERIMENTRESEARCHOFEQUIPMENTFORULTRASONICSTANDINGWAVELEVITATIONANDTRANSPORTATION(APPLIED)Candidate：JiaChuanlingSupervisor：Prof.DongHuijuanAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：MechatronicsEngineeringAffiliation：Sc

3、hoolofMechatronicsEngineeringDateofDefence：July,2015Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要随着物理、化学、生物、制药、材料以及力学等学科的迅速发展，对样品的处理要求越来越高，传统的样品处理方法会使样品与容器器壁接触，而容器器壁会对样品产生各种干扰，如：容器器壁会对被分析样品产生污染，其吸附性会影响本来就微量的待测物的成分检测，并且会对采用光学手段进行检测的检测信号产生干扰。超声驻波悬浮技术可以实现被分析样品的无容器处理，因

4、而可以避免因容器器壁在样品处理过程中产生的各种缺陷，超声驻波悬浮传输技术还可以实现被检测样品的非接触式传输、融合、提取等。超声换能器以及换能器阵是实现驻波悬浮传输的装置。本文首先分析了超声驻波声场中的波动方程，以此方程为基础得出了平面驻波声场中声压的分布以及媒质质点速度的分布，结合时间平均势的理论，获得了平面驻波声场中被悬浮小球受到的声辐射力，并根据悬浮小球受到的重力与声辐射力的关系得到了悬浮小球的理论稳定悬浮位置。其次，利用得出的声辐射力的表达式，理论计算出本文对换能器辐射端振幅的设计要求。本文要求设计的单轴式换能器能悬浮起钢球；换能器阵能实现泡沫小球的悬浮传输，因此要求换能器阵

5、元能够悬浮起泡沫小球；根据此要求，得出此时要求单轴式换能器辐射端的振幅为66.08μm，换能器阵元的辐射端振幅为7.5μm；以换能器辐射端的振幅为设计目标，根据一维变截面杆的纵振方程，采用解析法对本文的单轴换能器以及换能器阵进行设计，并对设计的换能器进行模态分析。再次由于换能器阵元之间存在频率差异，为了减小频率差对传输的影响，对换能器阵元采用柔性支撑的方式，本文为所设计的悬浮传输器设计了一套谐振腔长度调节精度为微米级的支撑装置；利用本文设计的悬浮传输装置，对所设计的换能器阵元、换能器阵和单轴式换能器进行单层及多层的悬浮、传输能力的实验验证；最后采用单轴级联式换能器验证了水滴悬浮时声

6、辐射力对水分子吸附力的影响。关键词：声悬浮力；换能器；换能器阵；超声驻波悬浮；超声驻波传输-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractAsthedisciplinesaredevelopingrapidly,suchasphysics,chemistry,biology,pharmacy,materialsandmechanics,thewaysthatthesamplesaredealedwitharemoreandmorestrictlyrequired.Thetraditionalwayscanhardlyseparatesamplesfromcontactingwi

7、thwallsofcontainers,whichcancauselotsofinterferences.Forexample,thevesselwallcancausepollutiontothesamples,it’sabsorbabilitywillaffectcompositiontestsofthemicro-scaledsamples,andthecontaineritselfcanleadaninterferenceonthesignaltestedby