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作者：

李世彪

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摘要：

在半导体行业和精密加工领域中,已有的夹持方法渐渐无法继续满足要求,研究探索新的非接触夹持方法成为亟需。超声波近场悬浮(Near-fieldAcousticLevitation简称为NFAL)是指使用具有高功率密度的超声波作用于固态物体,使物体悬浮在超声辐射器辐射表面上方附近的一种悬浮现象。相比于其他悬浮类型,超声近场悬浮具有较强的抗电磁干扰和抗静电干扰的能力,同时更为适合精华与超净化作业要求。但目前对于近场声压分布的规律还缺乏必要的认识和了解,复杂形状物体的悬浮要求始终无法得到有效解决,对于近场悬浮夹持稳定性的评判标准尚属空白。本文以一种圆盘状辐射器的表面近声场作为研究对象,设计并搭建了适用的测试系统,对超声近场辐射声压的分布状况和实验样片超声近场悬浮的状态进行了测量实验,基于测量结果对近场声压的分布状况及样片悬浮稳定性进行了分析。研究结果证明了该测试系统的实用性和可信性。本文主要进行了如下研究: 分析了超声近场悬浮现象,对悬浮力的产生原因进行了探讨,结合对超声波的声学效应和力学效应的分析,确定了用于非接触夹持的近场声压测量的技术要点和评测指标;研制了具有特殊结构的近场声压传感器,较好的模拟了悬浮片与辐射表面间的耦合声场,成功进行了圆盘辐射器表面近声场的声压测量实验;运用曲线拟合的数据处理方法首次给出了近场声压的三维分布模型,使测量结果对于非接触夹持更具指导意义。 为观测悬浮物体的空间运动特点,提出了使用空间正交光路对悬浮状态进行同步采集的新型方法,研制了一种双路激光反射测量系统并成功进行了实验。通过对实验样片进行测量与数据计算,给出了关于样片悬浮状态的分析与评价,进而建立了一种对悬浮稳定程度进行评价的6自由度评价指标体系。 以上工作对于认识超声近场悬浮的规律做出了贡献,研究结果可以为超声近场悬浮技术的应用提供支持。

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关键词：

超声近场悬浮 声压场分布 悬浮稳定性 正交光学三角法