基于换能器阵的超声驻波悬浮传输控制及实验研究

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1、硕士学位论文基于换能器阵的超声驻波悬浮传输控制及实验研究CONTROLANDEXPERIMENTRESEARCHOFULTRASONICSTANDINGWAVELEVITATIONTRANSPORTATIONBASEDONTRANSDUCERARRAY（工程硕士）高强哈尔滨工业大学2015年7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基于换能器阵的超声驻波悬浮传输控制及实验研究（工程硕士）硕士研究生：高强导师：董惠娟教授申请学位：工程硕士学科：机械工程所在单位：机

2、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:TB559，O426.9U.D.C.:621DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringCONTROLANDEXPERIMENTRESEARCHOFULTRASONICSTANDINGWAVELEVITATIONTRANSPORTATIONBASEDONTRANSDUCERARRAY（MasterofEngineering）Candidate：GaoQiangSupervisor：Prof.Don

3、gHuijuanAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：MechanicalEngineeringAffiliation：SchoolofMechatronicsEngineeringDateofDefence：July,2015Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工程硕士学位论文摘要在超声驻波悬浮技术的基础上，换能器阵式超声驻波悬浮传输技术逐渐发展起来，通过将多个换能器

4、组合起来形成换能器阵列，利用某种控制方法对换能器阵的振元进行控制，从而改变声场参数，实现换能器阵式超声驻波悬浮传输。超声驻波悬浮传输技术可实现对微量液体材料或微小器件的非接触操作，使其在微装配、生物化学工程、制药、凝固态物理学、无容器的材料处理和制备、液滴动力学、太空实验、材料工业等领域得到广泛的应用。本文首先根据Gor’kov的声场时间平均势理论，以直径为2mm的泡沫小球为研究对象，通过将声场和重力场耦合，推导出了耦合场中小球总势能、推进力和回复力常数的表达式，对换能器阵式超声驻波悬浮传输的机理进行了分析，并确定了传输平稳性和悬

5、浮稳定性的评价标准；在换能器式超声驻波悬浮传输的机理的基础上，提出了基于振元幅值调制的传输方法和基于振元相位调制的传输方法，并对两种传输方法进行了仿真，对不同时刻被传输小球的位置、传输平稳性和悬浮稳定性进行了预测，探讨了被传输小球密度对传输性能的影响和换能器振幅对传输系统密度阈值的影响。其次对换能器阵式超声驻波传输对控制电源的性能要求进行了分解，并根据性能要求，对控制电源的信号发生模块、功率放大模块和阻抗匹配模块进行了设计。研制出了具有两路信号输出且两路信号频率、相位及幅值可调功能的高频控制电源，并对电源的性能进行了实验验证。最后

6、，根据换能器阵式超声驻波传输机理和两种传输方法的仿真结果，建立了换能器阵式超声驻波传输实验系统，以泡沫小球为研究对象进行了单程传输实验、往复传输实验，以泡沫小球、水球、玻璃球、钢球和铅球进行了被传输物密度对传输性能影响实验和传输系统密度阀值实验，对传输过程中小球的位移和振动情况进行了测量。关键词：换能器阵；超声驻波悬浮传输；耦合场；阵元幅值调制；阵元相位调制-I-哈尔滨工业大学工程硕士学位论文AbstractThetechnologyofultrasonicstandingwavetransportationusedtransdu

7、cerarrayisanewtechnologywhosedevelopmentisbasedonthedevelopmentofultrasonicstandingwavelevitation.Byassemblingseveraltransducerstomaketransducerarrayandcontrollingtheminsomemethodtochangetheparameterofthesoundfield,wecanrealizeultrasonicstandingwavetransportationusedt

8、ransducerarray.Ifpropercontrolmethodcanbeused,thetechnologyofultrasonicstandingwavetransportationusedtransducerarraywillmake