[发明专利]基于温度频率曲线的声表面波器件最佳工作频率确定方法

说明书

本发明公开基于温度频率曲线的声表面波器件最佳工作频率确定方法。基于温度频率曲线的声表面波器件最佳工作频率确定方法，其特征在于利用测试系统获得基于声表面波的声镊器件的温度‑频率曲线，测试系统包括频率扫描单元、驱动单元、温度检测单元、数据分析单元；频率扫描单元用于生成特定的频率区间的信号，驱动单元用于提供固定的输出功率以驱动声表面波器件，温度检测单元用于捕获声镊器件上的温度，数据分析单元用于把记录的温度与频率进行处理获得温度频率曲线，曲线的峰值对应的频率为当前工作条件下声镊器件的最佳工作频率。通过设备的简化与集成，可实现利用温度检测获得基于声表面波器件的声镊在当前的工作环境下的最佳工作频率。

技术领域

本发明涉及微流控技术领域，具体涉及基于温度频率曲线的声表面波器件最佳工作频率确定方法。

背景技术

基于声表面波的声镊，可利用声波辐射压力对微流管道内的粒子或细胞进行操作，实现如粒子分选、粒子阵列排布、溶液快速混合等应用。由于它对溶液介质和被操作的样本没有特殊的物理属性要求，同时整个系统具有小体积、操作简单等优势，基于声表面波的声镊在微流控生物医药研究和POCT现场快速检测领域具有巨大的应用潜力。

因为声表面波器件利用叉指换能器实现声与电之间的转换，其原理为逆压电效应，所以机电转换效率与叉指换能器上施加的驱动信号的频率紧密相关。如果驱动频率偏离最佳的工作频率会导致机电转换效率降低，甚至无法观测到声镊的效果。目前，确定声表面波器件的最佳工作频率的方法常用网络分析仪，在设计的区间内观察器件的S11反射系数曲线，将S11的最低点作为驱动信号的工作频率。然而，受声表面波器件的寄生参数与实际的工作环境等因素影响，导致室温下测试的S11最低频率点并不是实际上的最佳驱动频率。此外，网络分析仪是庞大昂贵的实验设备，不可能集成到小型化POCT设备中。因此，一种简单有效的方法获取基于声表面波的声镊器件的最佳工作频率变得格外有意义。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供基于温度频率曲线的声表面波器件最佳工作频率确定方法。在确定的输入功率下，通过扫描驱动频率的区间，得到声表面波器件上的关键位置的温度，最后通过温度-频率曲线获得基于声表面波的声镊器件的最佳工作频率，并且这个频率能够应用在当前条件下的工作环境。

基于温度频率曲线的声表面波器件最佳工作频率确定方法，利用测试系统获得基于声表面波的声镊器件的温度-频率曲线，测试系统包括频率扫描单元、驱动单元、温度检测单元、数据分析单元；频率扫描单元用于生成特定的频率区间的信号，驱动单元用于提供固定的输出功率以驱动声表面波器件，温度检测单元用于捕获声镊器件上的温度，数据分析单元用于把记录的温度与频率进行处理获得温度频率曲线，曲线的峰值对应的频率为当前工作条件下声镊器件的最佳工作频率。

进一步的，所述的特定的频率区间包含理论计算的最佳频率点，在扫描区间内的频率步进可以根据实际需要调整。

进一步的，所述的温度检测单元使用红外相机或其他能够获取温度的传感器。

进一步的，所述的声表面波器件为叉指换能器，叉指换能器通过微纳加工工艺直接制造在铌酸锂基板的表面，叉指换能器、PDMS微流控管道通过氧等离子处理后键合在铌酸锂基板的表面，PDMS的键合面与叉指换能器位于同一个铌酸锂平面，叉指换能器位于PDMS微流控管道的两侧。

进一步的，所述频率扫描单元采用信号发生器，驱动单元采用功率放大器，信号发生器输出的RF信号经功率放大器放大后输入到叉指换能器，由逆压电效应，在铌酸锂的表面形成弹性波，弹性波沿着叉指换能器的两侧传播。

进一步的，设置功率源，保证输出的功率不变，改变信号发生器的频率，频率每改变一次。频率每改变一次，等待温度稳定后，将红外相机垂直对准声表面波器件区域(包含PDMS微流控管道)，捕获器件的红外信号，通过红外相机配套的转换软件获取和保存器件的温度数据。最后根据保存的温度数据绘制PDMS微流控管道区域的最高温度与驱动频率的曲线，曲线的峰值对应的频率即为当前工作条件下的最佳频率。