超声换能器阵驻波悬浮传输仿真及实验

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1、硕士学位论文超声换能器阵驻波悬浮传输仿真及实验SIMULATIONANDEXPERIMENTFORLEVITATIONANDTRANSMISSIONOFULTRASONICSTANDINGWAVE董初桥哈尔滨工业大学2015年6月国内图书分类号：TB559，O426.9学校代码：10213国际图书分类号：621密级：公开工程硕士学位论文超声换能器阵驻波悬浮传输仿真及实验硕士研究生：董初桥导师：姚玉峰教授副导师：董惠娟教授申请学位：工程硕士学科：机械工程所在单位：船舶与海洋工程学院答辩日期：2015年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TB559，O

2、426.9U.D.C.:621DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringSIMULATIONANDEXPERIMENTFORLEVITATIONANDTRANSMISSIONOFULTRASONICSTANDINGWAVECandidate：DongChuqiaoSupervisor：Prof.YaoYufengAssociateSupervisor：Prof.DongHuijuanAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：MechanicalEngineering

3、Affiliation：SchoolofNavalArchitectureandOceanEngineeringDateofDefence：June,2015Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工程硕士学位论文摘要超声驻波悬浮传输技术，由于其具有结构简单、悬浮传输径向稳定性好、可模拟微重力、无接触等优点，在航天学、生物研究、医疗卫生等领域具有广泛的应用，尤其在研制疫苗，DNA感染等方面更是具有不可替代的作用。首先本文对理想媒质中的声波方程进行推导，进而推导出声场声压、时间平均势、相对时

4、间平均势、弹性回复力、弹性回复系数等参数表达式；指出被悬浮物的悬浮位置、影响声场悬浮能力的相关参数、描述传输平稳性的参数及其相关关系。其次仿真谐振腔结构尺寸对声场悬浮能力的影响，探讨声场结构参数、换能器阵元振幅调制函数、阵元间相位差对传输过程平稳性的影响，并使用凹球反射面增强驻波声场的悬浮能力，确定悬浮能力相对最优时的声场结构参数值；分析结构尺寸对换能器阵传输过程平稳性的影响，由此选择传输平稳性相对最优时尺寸值，并根据加载于换能器阵元的振幅调制函数、阵元间相位差对传输平稳性的影响，选择相对最优调制函数形式。最终根据仿真数据，选择实验装置，实现多层聚丙乙烯小球在换能器阵中的悬浮

5、；验证凹球反射面对换能器阵悬浮能力具有提高效应；以小球自发振动频率、传输（加）速度为指标，通过改变声场结构尺寸、换能器阵元间相位差，验证参数变化对换能器阵传输平稳性指标的影响。寻求传输平稳性相对最优时声场尺寸参数数值及调制函数形式。实验结果验证仿真所得相对最优调制函数相位差对传输平稳性影响。关键词：超声驻波悬浮传输；悬浮能力；振幅调制；传输平稳性-I-哈尔滨工业大学工程硕士学位论文AbstractTheultrasonicstandingwavetechnologyhasbeendeeplyappliedintheareaofastronomy、biology、medical

6、sciencebecauseofitsadvantages,suchassimplestructure、excellentsmoothnessduringtransportation、contact-free、besimilartothemicrogravityenvironment.Especiallyinthedevelopmentofvaccines、DNAinfectionaspects,theultrasonicstandingwaveshowsitsincommutablystatus.Theultrasonicstandingwavecouldbemadebyt

7、heinterferenceofradiationwavesandreflectionwaves.Radiationwavesareshootastheemittingsurfacesvibratinginanextremelyhighfrequency.Ontheotherhand,thereflectionwaveismadebythereflectreactionoftheradiationwaveonreflector.Finally,whenthelengthofcavityresonator