水中聲波控制系統原理分析

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姓名

張倬瑜(Cho-Yu Chang) 查詢紙本館藏

畢業系所

光機電工程研究所

論文名稱

水中聲波控制系統原理分析

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摘要(中)

非接觸式聲波控制為一新興技術，本研究在流體環境中，透過壓電元件振動產生之力，對聚乙烯微球進行抓取，並利用步進馬達移動微球，紀錄微球偏移掉落前之參數。本研究主要透過實驗與模擬之結果做比較，推估抓取力之大小與不同位置之間的關係，此分析將有助於特定尺度目標物之控制優化。

摘要(英)

Non-contact acoustic control is an emerging technology. In the fluid environment, the polyethylene microspheres are trapped by the force generated from the piezoelectric element, and the microspheres are translated by the stepping motor, recording the related parameter before dropping or shifting. This study mainly compares the results of the experiment with simulations, estimating the relationship of the trapping force in different position. This analysis will help to optimize the control of specific size of targets.

關鍵字(中)

★ 聲波
★ 控制系統

關鍵字(英)

論文目次

摘要 i
Abstract ii
致謝 iii
目錄 iv
圖目錄 vii
表目錄 ix
第一章緒論 1
1.1 前言 1
1.2 研究動機 1
1.3 背景回顧 2
1.4 聲波技術 3
1.5 聲波鑷子應用 5
1.6 本文架構 6
第二章基礎理論 7
2.1 駐波理論 7
2.2 聲場統御方程式 8
2.2.1 連續性方程式 8
2.2.2 動量方程式 9
2.2.3 狀態方程式 10
2.2.4 波動方程式與聲輻壓力 11
2.3 聲衰減反平方定律 13
第三章實驗架設 15
3.1 實驗操作流程 15
3.2 材料選用 20
第四章模擬結果分析與討論 21
4.1 模擬環境介紹 21
4.2 聲學特徵模擬 23
4.3 重力與浮力模擬 35
4.4 數據統整 36
第五章實驗結果分析與討論 37
5.1 元件最佳共振頻率測試 37
5.2 實驗結果 41
5.3 統計分析比較與討論 44
第六章結論與未來展望 49
6.1 結論 49
6.2 未來展望 49
參考文獻 50

參考文獻

[1] K. C. Neuman and A. Nagy, “Single-molecule force spectroscopy: optical tweezers, magnetic tweezers and atomic force microscopy,” Nature methods, 5, 491–505, 2008.
[2] M. C. Wu, “Optoelectronic tweezers,” Nat. Photonics, 5, 322–324, 2011.
[3] B. Hammarström, Acoustic Trapping in Biomedical Research, 2014.
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[7] K. Melde, A. G. Mark, T. Qiu, and P. Fischer, “Holograms for acoustics,” Nature, 537, 518–522, 2016.

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[12] G. K. Batchelor, An Introduction to Fluid Dynamics, Cambridge University Press, 2000.

指導教授

陳世叡

審核日期

2019-10-2

推文