本发明专利技术公开了一种基于行波声场的微球多模式操控装置及其工作方法，包括底座、振动体、第一固定座、第二固定座、第一固定螺母、第二固定螺母、PDMS模块和压电驱动模块；压电驱动模块包含四个迁移驱动单元和两个分选驱动单元。通过对四个迁移驱动单元同时施加简谐电压信号激励出振子的面外弯曲变形、耦合出振子的非谐振行波变形来进行迁移；通过对两个分选驱动单元施加简谐电压信号激励出振动体的面外弯曲变形来进行分选。本发明专利技术用于微球显微镜检测时实现微球的多次断电定位、通电长距离迁移以及分类操控，以达到无损、非接触式操控微球的效果，避免了硬接触方式下对微球进行定位、移动和分类时的二次损伤。动和分类时的二次损伤。动和分类时的二次损伤。
【技术实现步骤摘要】
一种基于行波声场的微球多模式操控装置及其工作方法
[0001]本专利技术涉及微操控和微颗粒快速筛选领域，尤其涉及一种基于行波声场的微球多模式操控装置及其工作方法。
技术介绍
[0002]激光约束核聚变ICF是以高功率、高能量密度激光为驱动源，采用球形内爆增压技术使球形靶丸内的核燃料达到点火条件，从而形成自持的热核反应。ICF有望为人类提供清洁、无污染的能源。ICF实验对于作为核燃料容器的空心微球(靶丸)的品质在几何参数、表面缺陷等方面有着严格的要求，靶丸的品质直接影响ICF打靶实验的成败。靶丸具有尺寸微小(直径100~1000μm)、结构脆弱、粘性强等特点，这就对靶丸的检测带来不小的挑战。目前，对于测量微球的几何参数所采用的检测设备，有X光射线仪、白光干涉仪、原子力显微镜等。这些仪器的测量精度很高(可以达到微米级甚至纳米级)。由于靶丸是球形，实现靶丸形貌的完全表征需要多次移动并翻转靶丸。然而这些检测设备中均通过多自由度移动平台操控靶丸运动，这种硬接触方式在调整靶丸的姿态时极易造成靶丸表面的二次损伤，导致靶丸的检测效率及合格率较低。而采用声波为驱动源的微操控技术具有高生物相容性、微尺度操控稳定等优点，意味着微操控技术可以应用于微球的无损检测和筛选中通过多次定位实现靶丸完整的形貌表征，通过不同振动模态的配合与切换，实现不同质量的靶丸在不同的区域聚集，进而满足靶丸检测过程无损及高精度操控的需求。
技术实现思路
[0003]本专利技术所要解决的技术问题是针对
技术介绍
中所涉及到的缺陷，提供一种基于行波声场的微球多模式操控装置及其工作方法。
[0004]本专利技术为解决上述技术问题采用以下技术方案：一种基于行波声场的微球多模式操控装置，包括底座、振动体、第一固定座、第二固定座、第一固定螺母、第二固定螺母、PDMS模块和压电驱动模块；所述第一固定座、第二固定座均设置在底座上，结构相同，均包含基座和螺柱，其中，所述基座为柱体，下端面和所述底座固连；所述螺柱下端和所述基座的上端面垂直固连；所述振动体为长方体，其上表面两端分别设有和所述第一固定座、第二固定座的螺柱相匹配的第一通孔、第二通孔，且所述振动体关于第一通孔、第二通孔圆心的连线对称；所述第一固定座、第二固定座的螺柱分别穿过第一通孔、第二通孔后和所述第一固定螺母、第二固定螺母对应螺纹相连，将所述振动体固定在第一固定座、第二固定座的基座上；所述底座固定在气浮平台上，使得所述振动体水平；所述振动体的上端面在第一通孔、第二通孔之间设有用于放置所述PDMS模块的安
装凹槽，所述安装凹槽关于第一通孔、第二通孔圆心的连线对称；所述PDMS模块为和所述振动体的安装凹槽形状相同的长方体，采用PDMS材质制成，通过PDMS胶水固定在所述安装凹槽内；所述PDMS的上表面在第一通孔、第二通孔圆心的连线上设有迁移流道和第二出口流道，在迁移流道和第二出口流道之间设有分选流道；所述迁移流道位于分选流道上游；所述分选流道垂直于迁移流道，一侧和所述迁移流道联通，另一侧和所述第二出口流道联通；所述PDMS的上表面还在第二出口流道两侧对称设有第一出口流道、第三出口流道，且第一出口流道、第三出口流道分别和所述分选流道的两端联通；所述振动体的下表面沿其长度方向从上游至下游依次设有第一至第四凹槽；所述第一至第四凹槽均垂直于所述迁移流道，且关于迁移流道所在直线对称，将安装凹槽等分为五等份；所述振动体的下表面在所述分选流道两侧分别设有第一通槽、第二通槽；所述安装凹槽的底面在所述分选流道两端分别设有相互平行的第五凹槽、第六凹槽；所述第五凹槽、第六凹槽的两端均和分别和第一通槽、第二通槽垂直相连，形成柔性铰链；所述压电驱动模块包含第一至第四迁移驱动单元、以及第一至第二分选驱动单元；所述第一至第四迁移驱动单元结构相同，均包含2n个依次层叠的压电陶瓷片，所述2n个压电陶瓷片均沿厚度方向极化，且相邻压电陶瓷片的极化方向相反；所述第一至第四迁移驱动单元一一对应设置在所述第一至第四凹槽内，其内压电陶瓷片均垂直于所述迁移流道；所述第一至第二分选驱动单元均采用压电叠堆，关于第一通孔、第二通孔圆心的连线对称粘贴在振动体位于分选流道的下表面上。
[0005]作为本专利技术一种基于行波声场的微球多模式操控装置进一步的优化方案，所述底座采用矩形板，其四个角上均设有用于和气浮平台固定的通孔。
[0006]作为本专利技术一种基于行波声场的微球多模式操控装置进一步的优化方案，所述n取2。
[0007]本专利技术还公开了一种该基于行波声场的微球多模式操控装置的操控方法，包含以下步骤：步骤1），在迁移流道上游中注入承载流体并释放微球；步骤2），对第一至第四迁移驱动单元分别施加第一至第四简谐电压信号，所述第一至第四简谐电压信号振幅、频率相同且相位依次增加π/2，耦合出振动体的非谐振行波变形，使得微球在声辐射力和声流产生的拖曳力的作用下随流体沿迁移流道前进；步骤3），对第一至第四迁移驱动单元断电使得微球定位，用显微镜对微球进行形貌检测，得到微球在当前姿态下的形貌；步骤4），重复执行步骤2）至步骤3），直至观测到微球表面完全表征；步骤5），对第一至第四迁移驱动单元分别施加第一至第四简谐电压信号，待微球进入分选流道后，对第一至第四迁移驱动单元断电；步骤6），判断微球的优劣状况，根据其优劣状况对其进行分选；步骤6.1），若微球为劣质微球，对第一分选驱动单元施加预设的第五简谐电压信
号，激励出第一通槽、第二通槽、第五凹槽、第六凹槽之间的振动体在分选流道长度方向上的面外弯曲变形，使微球向运动至第一出口流道的入口处；步骤6.2），若微球为中等质量微球，对第二分选驱动单元施加预设的第六简谐电压信号，激励出第一通槽、第二通槽、第五凹槽、第六凹槽之间的振动体在分选流道长度方向上的面外弯曲变形，使微球向运动至第三出口流道的入口处；步骤6.3），若微球为优质微球，不驱动第一、第二分选驱动单元，微球位于第二出口流道的入口处；步骤7），对第一至第四迁移驱动单元分别施加第一至第四简谐电压信号，使得微球继续前进至其分选后对应的出口流道中。
[0008]本专利技术采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：1. 设备简单、价格便宜，可以降低常见筛选系统的成本；2. 采用压电激励的微操控装置可以实现对微球的无损、无接触操控，操控手段包括：定位操控、迁移操控、分选操控；3. 操控微球实现不同运动的同时采用显微镜对其尺寸、表面形貌等参数优劣进行分析，进而控制不同表面质量的微球在不同区域聚集，以实现对微球的高效、高精度筛选。
附图说明
[0009]图1是本专利技术的结构示意图；图2是本专利技术中第一、第二固定座和底座相配合的结构示意图；图3是本专利技术中振动体、PDMS模块、压电驱动模块相配合的结构示意图；图4是本专利技术中PDMS模块的俯视图；图5是本专利技术中振动体和压电驱动模块相配合的结构示意图；图6是本专利技术中振动体和压电驱动模块相配合的后视图；图7是本专利技术中直线迁移压电元件组的极化方向示意图；图8是本专利技术中振子面外弯曲行波的激励原理图；图9是本专利技术中振子面外弯曲行波的振型图；图10是本本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于行波声场的微球多模式操控装置，其特征在于，包括底座、振动体、第一固定座、第二固定座、第一固定螺母、第二固定螺母、PDMS模块和压电驱动模块；所述第一固定座、第二固定座均设置在底座上，结构相同，均包含基座和螺柱，其中，所述基座为柱体，下端面和所述底座固连；所述螺柱下端和所述基座的上端面垂直固连；所述振动体为长方体，其上表面两端分别设有和所述第一固定座、第二固定座的螺柱相匹配的第一通孔、第二通孔，且所述振动体关于第一通孔、第二通孔圆心的连线对称；所述第一固定座、第二固定座的螺柱分别穿过第一通孔、第二通孔后和所述第一固定螺母、第二固定螺母对应螺纹相连，将所述振动体固定在第一固定座、第二固定座的基座上；所述底座固定在气浮平台上，使得所述振动体水平；所述振动体的上端面在第一通孔、第二通孔之间设有用于放置所述PDMS模块的安装凹槽，所述安装凹槽关于第一通孔、第二通孔圆心的连线对称；所述PDMS模块为和所述振动体的安装凹槽形状相同的长方体，采用PDMS材质制成，通过PDMS胶水固定在所述安装凹槽内；所述PDMS的上表面在第一通孔、第二通孔圆心的连线上设有迁移流道和第二出口流道，在迁移流道和第二出口流道之间设有分选流道；所述迁移流道位于分选流道上游；所述分选流道垂直于迁移流道，一侧和所述迁移流道联通，另一侧和所述第二出口流道联通；所述PDMS的上表面还在第二出口流道两侧对称设有第一出口流道、第三出口流道，且第一出口流道、第三出口流道分别和所述分选流道的两端联通；所述振动体的下表面沿其长度方向从上游至下游依次设有第一至第四凹槽；所述第一至第四凹槽均垂直于所述迁移流道，且关于迁移流道所在直线对称，将安装凹槽等分为五等份；所述振动体的下表面在所述分选流道两侧分别设有第一通槽、第二通槽；所述安装凹槽的底面在所述分选流道两端分别设有相互平行的第五凹槽、第六凹槽；所述第五凹槽、第六凹槽的两端均和分别和第一通槽、第二通槽垂直相连，形成柔性铰链；所述压电驱动模块包含第一至第四迁移驱动单元、以及第一至第二分选驱动单元；所述第一至第四迁移驱动单元结构相同，均包含2n个依次层叠的压电陶瓷片，所述2n个压电陶瓷片均沿厚度方向...
【专利技术属性】
技术研发人员：闫旭冉，王亮，冯浩人，张可欣，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：
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