[发明专利]一种压电激励的模态切换型微操控测量系统及其方法

说明书

本发明公开了一种压电激励的模态切换型微操控测量系统及其方法，测量系统包括微操控装置、显微检测装置和计算装置；微操控装置包括容器、基板、四个换能器、四个固定螺栓和四个固定圆筒；换能器包含连接圆台、连接柱、压电陶瓷模块、预紧柱和预紧螺栓；容器固定在四个换能器的顶部，四个固定圆筒分别将四个换能器的底部固定在基板上。工作时，显微检测装置观测其载物台上微操控装置容器中微球的图像并将其传递给计算装置；计算装置分析图像并通过机器学习得到微球的运动轨迹和其形貌参数。本发明设备简单、价格便宜，采用压电激励的微操控装置实现对微球的无损、无接触操控，能够快速得到微球的运动轨迹和其形貌参数。

技术领域

本发明涉及微操控和微颗粒快速筛选领域，尤其涉及一种压电激励的模态切换型微操控测量系统及其方法。

背景技术

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。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)。然而这些设备存在检测效率低的缺点，且微球均采用人工检测的方式，人员主观因素对微球筛选的影响较大。目前，单批次靶丸的制备量巨大，现有设备的检测效率低，所以不可能全部采用高精度的筛选方法，急需要一种微球快速测量进而进行筛选的装置，提高微球的筛选效率。

由于靶丸具有尺寸微小(直径100~1000μm)、结构脆弱、粘性强等特点，所以操控微球的设备不能对微球造成二次损伤。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操控和测量中。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对背景技术中所涉及到的缺陷，提供一种压电激励的模态切换型微操控测量系统及其方法。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种压电激励的模态切换型微操控测量系统，包括微操控装置、显微检测装置和计算装置；

所述微操控装置包括容器、基板、第一至第四换能器、第一至第四固定螺栓、以及第一至第四固定圆筒；

所述容器为上端开口下端封闭的空心圆柱体，其侧壁上周向均匀设有第一至第四夹持片；所述第一至第四夹持片均和容器轴线垂直、中心均设有通孔；

所述第一至第四换能器结构相同，均包含连接圆台、连接柱、压电陶瓷模块、预紧柱和预紧螺栓；其中，所述压电陶瓷模块包含2n片呈圆环状的压电陶瓷片，n为大于等于1的自然数；所述预紧螺栓包含螺帽和螺柱；所述连接柱呈圆柱状，其下端面沿轴线设有和所述预紧螺栓相配合的螺纹孔；所述连接圆台呈圆台状，其面积较大的一端和所述连接柱的上端面同轴固连、面积较小的一端中心设有螺纹孔；所述预紧柱为圆柱体，其沿轴线设有供所述预紧螺栓的螺柱穿过的沉头通孔；所述预紧螺栓的螺帽位于预紧柱沉头通孔的沉孔中，螺柱依次穿过预紧柱上的沉头通孔、2n片压电陶瓷片中心的通孔后和所述连接柱的螺纹孔螺纹相连，用于将所述2n片压电陶瓷片夹在连接柱、预紧柱之间并调节2n片压电陶瓷片两端的预压力；所述2n片压电陶瓷片均沿其厚度方向极化，且相邻压电陶瓷片的极化方向相反；所述预紧柱的侧壁两侧设有对称的连接耳；

所述第一至第四固定螺栓一一对应穿过第一至第四夹持片中心的通孔后，再和第一至第四换能器连接圆台的螺纹孔一一对应螺纹相连，将所述容器固定在所述第一至第四换能器之间；

所述第一至第四固定圆筒结构相同，均为两端开口的通孔圆柱体；所述第一至第四固定圆筒一一对应套在所述第一至第四换能器的预紧柱外，上端和其对应预紧柱两侧的连接耳固连，下端均和所述基板上端面固连；

所述容器用于盛放液体承载介质以及液体承载介质中待测量形貌参数的微球；