基于振动节点的超声微驱动的研究

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1、南京航空航天大学硕士学位论文摘要压电换能器是一种依靠压电材料的正、逆压电效应来实现电能与机械能的相互转换的器件。压电换能器是超声技术的主要部件，其种类多，用途广泛，其中在微纳米领域中对微纳米级物件的操纵具有广阔的应用前景。本课题研究L形换能器驱动微小物件在振动节点上的运动特性，主要研究内容概述如下：介绍利用压电换能器对微纳米级物体操纵相关研究现状、压电驱动技术，并且阐述本课题研究的内容及目的。通过理论分析和实验验证，研究了L形换能器驱动微颗粒在楔形铝条表面振动节点上作旋转运动的机理。楔形铝条表面在振动节点周围周向方向上存在两处相同方向的局部行波运动，其可能是驱动

2、微颗粒在节点上作旋转运动主要原因。研究微颗粒在振动节点周围径向运动特性。排除了声辐射力、声粘性力、声学流和行波驱动微颗粒径向运动的可能性，确定微颗粒向节点运动是由颗粒与铝条表面相互碰撞引起的。并研究铝条表面的振幅、微颗粒初始位置及铝条表面粗糙度对微颗粒平均径向速度的影响。研究L形换能器驱动微机械元件（铜条、铜条组件、铜盘及微齿轮）的运动特性。楔形铝条的振动分布及元件的结构、尺寸对其旋转速度会产生一定影响。并估算出换能器驱动铜盘旋转的驱动转矩。简述L形换能器驱动微小物件运动的机理及相关运动特性，提出了L形换能器在应用方面的研究方向。关键词：换能器，行波，节点，Ch

3、ladni效应，旋转，微颗粒，微机械元件本篇硕士学位论文在机械结构力学及控制国家重点实验室（南航）完成。本课题得到了国家自然科学基金资助项目（No.10604032&No.91123020)、南京航空航天大学基本科研业务费专项科研项目（No.NS2010001&No.1001-909386)和江苏高层次创新创业人才引进计划资金资助。I基于振动节点的超声微驱动研究ABSTRACTPiezoelectrictransducerisakindofactuatorwhichreliesonthepiezoelectriceffectofpiezoelectricmate

4、rialstoachievemutualconversionbetweenpowerandmechanicalenergy.Piezoelectrictransducersaretheprimaryelementsinultrasonictechnology,whichhavegreatvarieties,extensiveapplication.Andtheywillhavebroadapplicationprospectsinthemicro/nanofieldtomanipulatemicro/nano-scaleobjects.Thisprojectre

5、searchonthesmallobjectsmotioncharacteristicsdrivenbyL-shapepiezoelectrictransducer.Thefollowingaretheprimarycontent:Therelatedresearchesintroducingpresentsituationofmicro/nano-scaleobjectsmanipulationbypiezoelectrictransducerisintroduced.Wealsointroducepiezoelectricdrivingtechnologya

6、ndtheresearchpurposeandsignificanceofthisproject.Throughexperimentalmeasurementandtheoreticalanalysis,weinvestigatetheprincipleofrotationofmicroparticlesaroundanodalpointofflexurallyvibratingmetalstripofL-shapepiezoelectrictransducer.Itisfoundthattherearetwolocaltravellingwaveswithth

7、esametravellingdirectionexistingalongthecirclecenteredatthenodalpointofflexuralvibration,andthesetravellingwavesmaydrivesmallparticlestorotateatthenodalpoint.Thecharacteristicsofradicalmotionofsmallparticlesaroundanodalpointonthemetalplateareinvestigated.Weconfirmthatsmallparticlesmo

8、vingtonodalp