电磁MEMS磁珠操控微线圈三维磁场数值计算与模拟.pdfVIP

第 2期 机械 设计 与制造 2012年 2月 Machinery Design Manufacture 45 文章编号：1001—3997(2012)02-0045-03 电磁 MEMS磁珠操控微线圈三维磁场数值计算与模拟：l： 李建鹏 刘治华 管文浩 (郑州大学 机械工程学院，郑州 45O001) Three—dimensionaImagneticfieldnumericalcalculationandsimulationformicro-coiI usedformagneticbeadsmanipulationofelectromagneticMEMS LIJian-peng，LIUZhi-hua，GUANWen-hao (SchoolofMechanicalEngineering，ZhengzhouUniversity，Zhengzhou450001，China) 【摘 要】磁珠具有偶联容量高、比表面积大、易于操控等特点，基于磁珠技术的电磁MEMS可实 现磁珠液滴非接触式操控，其微线圈三维磁场分析是磁珠操控优化设计的基础。对静态液体磁珠操控 进行了理论分析，确定了影响磁珠操控的主要因素，并应用毕奥一萨伐尔定律和积分方程法，对关键部 件微线圈的三维微磁场分布特性进行了分析。运用成熟的商业有限元分析工具Ansys建模分析微线圈 三维静态磁场，所得结果与数值计算方法进行了比较，表明所用方法对于磁珠微系统三维恒定磁场的 分析是可行的。 关键词：微线圈；磁珠操控；三维磁场；数值计算；仿真 【Abstract】Withthe．Weaturesofhighcoupledcapacity,largespeccsurfaceraeaaswell傩easy control，non-contactedcontrolofmagneticbeaddropletsisrealizedbasedonMEMSofmagneticbead technology，whichanalysisforthree-dimensionalmagneticfieldofthemicroplnaracoilisthecoreof0 一 mumcontrollingdesign．Themnaipulatingtheoryofmagneticbeadsinstaticliquidsinaalyzedtoidentify themainfactorswhichaffectthemagneticbeadsmnaipulationnadnaalyzethemagneticdistributionc(一 acterofmicroplnaracoilbyapplyingbiot-savartlawnadintegralequationmethod(IEM)．Whileusingthe sophisticatedbusinessfiniteelementnaalysistoolAnsysthethreedimensionalstaticmagneticfieldofmi- croplnara coilisnaalyzed，whichresultsraecompraedwithnume rical calculation nadprovethat the methodusedinnaalyzingthree—dimensionalstationraymagneticfieldformagneticbeadsmicrosystemssi feasible． Keywords：M icroplanarcoil；M agneticbeadmanipulation；Three-dimensionalmagneticfield； Numericalcalculation；Simulation 中图分类号：THl6 文献标识码 ：A 1引言 控制多个磁珠实现微纳尺度下液体输送与混合提供了可能。国内