超聲駐波懸浮-傳輸穩(wěn)定性仿真與實驗研究.pdf

1、超聲駐波懸浮作為一種前景廣闊實驗技術，其所提供的非接觸環(huán)境已被廣泛應用在材料制備、生物化學分析和非接觸操控，此外，由于避免了表面限制和污染，超聲懸浮液滴是研究液滴動力學、微量反應、液滴融合與蒸發(fā)、凝固態(tài)物理的理想系統(tǒng)。針對當前超聲駐波懸浮/傳輸穩(wěn)定性研究較少，本文采用仿真與實驗結合的方法，對懸浮/傳輸穩(wěn)定性影響因素進行了探討。具體進行了如下工作：
　　首先，進行了超聲駐波懸浮/傳輸穩(wěn)定性機理分析。建立了駐波聲場等效彈簧振子模型；推

2、導出聲懸浮力、聲彈性恢復系數(shù)等影響懸浮/傳輸穩(wěn)定性的聲場參數(shù)，并探討了懸浮目標聲場振動與換能器振幅、聲場聲壓、聲場時間平均勢、懸浮目標密度、聲彈性恢復系數(shù)之間的本征關系；基于換能器陣懸浮器，分析了超聲駐波傳輸機理，并提出了影響目標傳輸穩(wěn)定性的因素。
　　其次，針對單軸式懸浮器進行了懸浮穩(wěn)定性研究。建立了有限元參數(shù)化模型，對聲場的三/四層諧振模式進行了預測，完成了懸浮點處聲彈性恢復系數(shù)仿真；提出了一種結合計算機視覺（Hough圓檢測

3、）與FFT分析的懸浮目標振動檢測方法；進行了不同聲功率、不同懸浮目標密度、不同懸浮位置、不同輻/反射面距離條件下聲懸浮穩(wěn)定性實驗，驗證了駐波聲場等效彈簧振子模型的正確性。
　　最后，針對換能器陣懸浮器進行了傳輸穩(wěn)定性研究。通過有限元仿真，研究了1×3換能器陣的懸浮能力，得到了適合傳輸?shù)妮?反射面距離；重點研究了諧振腔結構尺寸參數(shù)（陣元間隙、輻/反射面距離、輻射面長度）對傳輸穩(wěn)定性的影響；探討了四種幅值調(diào)制函數(shù)下1×5換能器陣相向傳