固體內(nèi)聲懸浮微粒操控系統(tǒng)研究與設(shè)計.pdf

1、對比靜電懸浮和電磁懸浮，聲懸浮對于懸浮的物體既無導磁導電的要求，也無固態(tài)液態(tài)的限制，這使得超聲懸浮技術(shù)能夠廣泛地應(yīng)用于各種材料懸浮操控。而今，聲懸浮技術(shù)得以長足發(fā)展，已經(jīng)解決聲懸浮能力小和穩(wěn)定性差的問題，可以用于非透明固體材料內(nèi)的聲懸浮操控，成為固體內(nèi)聲懸浮微粒操控加工的工具。
　　為在非透明固體材料內(nèi)實施內(nèi)部直接加工提供技術(shù)支持與硬件支撐，實現(xiàn)固體內(nèi)通道制造的應(yīng)用，課題組旨在建立基于超聲懸浮的內(nèi)部直接加工技術(shù)，本論文主要研究和設(shè)

2、計固體內(nèi)聲懸浮微粒操控系統(tǒng)，為基于聲懸浮的內(nèi)加工系統(tǒng)提供平臺。這種加工技術(shù)通過超聲波發(fā)生器產(chǎn)生的超聲波由換能器傳導到加工材料中，在內(nèi)通道中形成腔內(nèi)超聲駐波場，懸浮并操控微粒對材料進行內(nèi)部直接加工。本論文將超聲駐波場對微粒的操控作用，創(chuàng)新地運用到非透明固體材料的加工中，為在非透明固體材料內(nèi)部直接加工的新方法的探尋提出了新的思路和研究方向。
　　本論文利用的聲懸浮技術(shù)是通過超聲駐波場實現(xiàn)懸浮的，文中推導聲懸浮力的理論方程，設(shè)計一套聲懸

3、浮操控系統(tǒng)，包括超聲裝置，運動裝置和數(shù)控裝置，優(yōu)化設(shè)計并構(gòu)建固體內(nèi)聲懸浮微粒操控系統(tǒng)，完成微粒懸浮操控試驗，研究固體內(nèi)聲懸浮微粒的可懸浮性、穩(wěn)定性和可操控性。
　　本論文的研究內(nèi)容和研究成果如下：
　?。?）根據(jù)聲學理論方程，推導在超聲波垂直入射的條件下的聲懸浮力理論方程，反射系數(shù)和透射系數(shù)，研究材料的超聲傳導特性，加工材料和微粒材料的選擇依據(jù)，固體內(nèi)通道腔內(nèi)駐波場的原理，并根據(jù)理論推導微粒穩(wěn)定懸浮的位置，建立聲懸浮操控系統(tǒng)

4、的理論公式；
　?。?）根據(jù)建立的理論公式，設(shè)計選型超聲裝置，運動裝置和數(shù)控裝置，材料選擇及加工，設(shè)計構(gòu)建一維、二維和三維聲懸浮平臺，研究單軸、雙軸以及三軸聲懸浮裝置的懸浮性能，優(yōu)化設(shè)計及構(gòu)建了固體內(nèi)聲懸浮微粒操控系統(tǒng)；
　?。?）根據(jù)構(gòu)建的聲懸浮操控平臺，對一維、二維和三維的情況下展開微粒可操控性試驗研究，對比各種情況下聲懸浮的試驗效果，并初步分析研究固體內(nèi)聲懸浮微粒的可懸浮性、穩(wěn)定性和可操控性，設(shè)計聲懸浮操控的關(guān)鍵技術(shù)參