基于声悬浮的微粒运动性能分析及控制平台研究-机械工程专业论文.docxVIP

万方数据 万方数据 Dissertation Submitted to Hangzhou Dianzi University for the Degree of Master Study on particle motion performance analysis and control platform based on acoustic levitation Candidate: Lin Zhipeng Supervisor: Prof. Wu Liqun December, 2015 杭州电子科技大学 学位论文原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重声明: 所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得 的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过 的作品或成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均己在文中以明确方式标明。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担 一切相关责任。 口川可II 口川 可IIIl 月 习，ι/ 年 lιU M HHj itιF 口μ 学位论文使用授权说明 本人完全了解杭州电子科技大学关于保留和使用学位论文的规定，即:研究生在校攻读 学位期间论文工作的知识 产权单位属杭州电子科技大学。本人保证毕业离校后，发表论文或 使用论文工作成果时署名单位仍然为杭州电子科技大学。学校有权保留送交论文的复印件， 允许查阅和借阅论文:学校可以公布论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其 它复制手段保存论文。(必威体育官网网址论文在解密后遵守此规定) 企出名 机刷 日期: J-o I 6年妇 I 1日 UA气 叮UY八名签导日期:川年 才 月 U A 气 叮 UY八 名 签 导 杭州电 杭州电子科技大学硕士学位论文 摘 要 利用悬浮技术可以使物体长时间悬浮在空中而不与其他物体接触，有其他接触式操作所 没有的独特优势。相对于静电悬浮和电磁悬浮，声悬浮对于悬浮物体没特别的要求，因而使 得声悬浮技术可以广泛的应用于各种材料的悬浮控制。 当前，材料内部结构的加工都是在透明材料上的激光加工，而在非透明材料内部直接进 行结构加工还需要进一步研究。为在非透明固体材料内实现结构的直接加工技术提供技术支 撑，本文的主要工作是声悬浮的微粒运动性能分析和控制平台研究，通过超声发射端和反射 端形成的驻波场，以此驻波场来稳定悬浮并控制微粒运动，实现微粒跟随驻波场水平运动及 微粒在驻波场中的旋转运动，即本文提出的悬转（悬浮转动）驱动问题。 本文利用声悬浮技术实现微粒在驻波场悬浮状态下的运动。根据声学理论基础推导出声 悬浮力的理论方程，建立运动模型。设计微粒运动控制平台，包括数控装置、运动装置。分 析微粒运动受力运动情况，完成悬浮微粒运动试验，分析影响微粒运动速度的因素，总结微 粒悬转运动的规律。 本文的主要研究内容和研究成果如下： （1）以声学理论方程为基础，在超声波垂直入射到介质的条件下推导出声悬浮力理论方 程。结合声波在介质中传播时的反射、入射系数，从而推导出声波在介质中传播时的声悬浮 力理论方程。结合牛顿运动方程，分析微粒受力运动情况，推导出微粒在驻波场中跟随超声 发射端运动的运动方程及微粒在驻波场作旋转运动的方程，建立了相应的微粒运动模型。 （2）根据运动需要选择相应的运动装置、控制装置、声悬浮装置以及悬浮实验中介质材 料、耦合剂、微粒材料的选择。研究声悬浮性能并设计微粒水平运动的平台及微粒旋转运动 平台，优化设计平台。 （3）根据搭建的试验平台及理论模型展开相应的试验研究，记录微粒在稳定状态下的试 验数据，得到相应的速度变化图。对比在各种情况下微粒运动参数的不同，结合超声频率、 发射端与反射端的距离、介质材料等对微粒运动的影响。分析不同试验结果下微粒的运动性 能，总结出微粒的运动规律。 关键字：声悬浮，超声驻波场，微粒，悬转运动 I ABSTRACT Suspension technology can be used to make objects suspended in the air for a long time without contact with other objects, has the unique advantages of other contact operation does not have. Compared with the static suspension and electromagnetic suspension, the acoustic levitation has no special requirement for the suspended objects, so the acoustic levitation te