射频功率放大器在声表面驻波技术的悬浮微粒研究中的应用

实验名称：基于声表面驻波技术的悬浮微粒集中实验研究

研究方向：生物医疗

测试设备：PDMS微流体通道芯片、压电基片；观察设备为基恩士VHX-2000型三维超景深显微镜；激发设备有射频信号发生器、ATA-8202射频功率放大器；使用材料有精细滤纸，废机油，试管，酒精，接头、输液毛细管，注射器或蠕动泵等。

实验过程：

图：声表面驻波对悬浮微粒进行集中实验装置图

首先根据所采购的模板，通过丝网印刷法在压电基底上印刷好两组相同的IDT电极，为区分实验效果，本实验印刷的叉指电极对数分别为12对和24对。将印刷好的电极进行烘于并极化保证其导电性能良好。通过切割机切割或激光切割在两组叉指电极的中间加工成微流通道，为了在微流通道中形成只有一个节点的SAW驻波场，微流通道的宽度应为波长的一半，即500um。继而通过压力传动装置或蠕动泵把含有杂质颗粒的润滑油由A处注入通道,当未对IDT施加信号前，即没有激发出SAW时，粒子在通道内均匀分布。当对两个IDT施加一样的射频信号后，两列振幅、频率相同，但传播方向相反的SAW就会随之产生，在微流通道区域内当两列SAW叠加后会形成一个SAW驻波场。微粒在驻波场中会受到声辐射力的影响，从而向节点处会聚，最后在通道中央形成一带状的直线。将已切割好通道的SAW驱动器固定于事先准备好的塑料泡沫中以便于放置在三维超景深显微镜下，最终制成的SAW驱动器及切成型微流通道如图4.7所示。

图：SAW驱动器及切割成型微流通道

驱动/传感器件通过在压电基底上采用丝网印刷电极的方法制备，当对该传感器上的一对IDT施加相同的射频信号时，将产生两列振幅相同、频率相同、传播方向相反的SAW，叠加后形成只有一个声压节点的超声驻波场。由于微粒在驻波场中将受到声辐射力的作用，且声辐射力随着粒子与声压节点的间距的缩短而减小，所以微粒将有向节点聚集的趋势，并最终停在节点附近，从而可满足微粒分离要求。要达到分离微粒的目的，必须在两个IDT之间产生驻波场。

图：SAW中心频率测试图

实验过程中首先要通过改变IDT的频率来产生稳定的驻波场。为了验证实验中形成了驻波场，本文采用分析静态应变仪记录的应变片应变数据的方法判断驻波场的存在。驻波检验实验装置中采用信号发生器在换能器两端SAW换能器上同时激励连续正弦波，在未切割微流通道前粘贴应变片，采用静态应变仪接收应变片的应变值，示波器用来记录两通道发射的激励信号。本实验中采用5MHz频率作为驻波激励信号频率，以达到最佳的激励效果。在切制微流通道前在两SAW换能器中间粘贴应变片，两端同时激励SAW，从而引起驻波振动当IDT的外加激励电信号的频率与换能器的中心频率相同时，IDT中每一对又指电极所激发的波同位相相加，这时激发的IDT最强因此需要检测DT的中心频率。图4.9为SAW中心频率测试图，采用一端信号发生器激励，另一端示波器采集信号，当激励频率变化时，相应的接收电压幅值发生变化，当频率为5MHz时，幅值达最大412mV,此时即为可应用的激励频率值。

实验结果：

表4.2为增加驻波和未加驻波时的应变测试结果，从表中可以看出，两端同时增加相同的激励信号时，应变程差值最大的交替变化，可见已产生驻波，由驻波引起的波峰和波谷的变化而导致相应的应变变化。

图：声表面驻波引起的应变测试结果

安泰ATA-8202射频功率放大器：

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审核编辑：汤梓红