MEMS超聲分離器二維聲場(chǎng)與制作工藝研究.pdf

1、分類(lèi)號(hào)密級(jí)UDC學(xué)位論文MEMS超聲分離器二維聲場(chǎng)與制作工藝研究（題名和副題名）王宇翔（作者姓名）指導(dǎo)教師姓名丁杰雄教授電子科技大學(xué)成都（職務(wù)、職稱(chēng)、學(xué)位、單位名稱(chēng)及地址）申請(qǐng)專(zhuān)業(yè)學(xué)位級(jí)別碩士專(zhuān)業(yè)名稱(chēng)精密儀器及機(jī)械論文提交日期2009.4論文答辯日期2009.5學(xué)位授予單位和日期電子科技大學(xué)答辯委員會(huì)主席評(píng)閱人2009年月日摘要摘要利用超聲波輻射力來(lái)分離流體中的懸浮物質(zhì)，在微劑量分離領(lǐng)域有著傳統(tǒng)分離方法所無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)，而與微機(jī)電系統(tǒng)（

2、MicroElectroMechanicalSystem，MEMS）的結(jié)合更使得這種分離方法有著廣闊的應(yīng)用前景。MEMS超聲分離器的研究在國(guó)內(nèi)外都有所開(kāi)展，目前取得了一些進(jìn)展，但也存在出口布置困難、清濁混流等問(wèn)題和不足之處，而采用雙片反相位PZT激發(fā)二維簡(jiǎn)正模式為克服層諧振模式的MEMS超聲分離器中的固有矛盾提供了可行途徑。本文通過(guò)對(duì)分離腔中流體層的聲場(chǎng)和顆粒受力特性的研究，確定微分離器制作工藝，制造了MEMS分離器，搭建分離實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)并

3、進(jìn)行了分離實(shí)驗(yàn)研究。主要內(nèi)容有：1.根據(jù)波動(dòng)聲學(xué)中的簡(jiǎn)正波理論來(lái)分析分離腔中的聲場(chǎng)，對(duì)基于平面駐波的MEMS分離器中的二維簡(jiǎn)正模式進(jìn)行了探討，并研究了反相位聲源對(duì)流體層中聲場(chǎng)的影響，選擇（1，1）簡(jiǎn)正頻率作為分離器的激發(fā)頻率；將駐波分解為行波，結(jié)合聲波在介質(zhì)層中的傳播規(guī)律，為分離器中各層厚度的確定提供了依據(jù)；最后通過(guò)計(jì)算輻射力勢(shì)的分布，得出了顆粒的物性和其匯聚位置的關(guān)系。2.通過(guò)對(duì)比分離腔的各種腐蝕方案的優(yōu)劣，采用SF6和C2F6混合氣

4、體腐蝕SOI片頂層硅的方法來(lái)制作分離腔以保證其深度精度和底面、側(cè)壁的平整度；結(jié)合MEMS制作工藝，對(duì)微分離器制作流程中的腔體腐蝕、激光打孔、劃片鍵合等步驟進(jìn)行了研究和分析，并利用臺(tái)階儀、顯微鏡等儀器對(duì)分離腔的制作質(zhì)量進(jìn)行了檢測(cè)。3.根據(jù)分離實(shí)驗(yàn)方案完成了超聲換能器的選擇、底座和接頭的設(shè)計(jì)，并利用導(dǎo)電膠和函數(shù)信號(hào)發(fā)生器實(shí)現(xiàn)了雙片PZT的反相位振動(dòng)；通過(guò)單片PZT聲源和雙片反相位PZT聲源在分離實(shí)驗(yàn)中的對(duì)比，觀察不同情況下懸浮顆粒的匯聚位置