[發(fā)明專利]基于溫度頻率曲線的聲表面波器件最佳工作頻率確定方法

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• 申請日: 2020-02-24
• 公開（公告）號: CN111289096A
• 公開（公告）日: 2020-06-16
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 黃汐威;陳津;軒偉鵬;劉季璇;李陽波;徐雪峰;汪仁杰;姚江帆;孫玲玲;駱季奎
• 申請（專利權(quán)）人: 杭州電子科技大學(xué)
• 主分類號: G01H17/00
• 分類號: G01H17/00;B01L3/00;H03H9/02
• 代理公司: 杭州浙科專利事務(wù)所(普通合伙) 33213
• 代理人: 孫孟輝

本發(fā)明公開基于溫度頻率曲線的聲表面波器件最佳工作頻率確定方法。基于溫度頻率曲線的聲表面波器件最佳工作頻率確定方法，其特征在于利用測試系統(tǒng)獲得基于聲表面波的聲鑷器件的溫度?頻率曲線，測試系統(tǒng)包括頻率掃描單元、驅(qū)動單元、溫度檢測單元、數(shù)據(jù)分析單元；頻率掃描單元用于生成特定的頻率區(qū)間的信號，驅(qū)動單元用于提供固定的輸出功率以驅(qū)動聲表面波器件，溫度檢測單元用于捕獲聲鑷器件上的溫度，數(shù)據(jù)分析單元用于把記錄的溫度與頻率進(jìn)行處理獲得溫度頻率曲線，曲線的峰值對應(yīng)的頻率為當(dāng)前工作條件下聲鑷器件的最佳工作頻率。通過設(shè)備的簡化與集成，可實現(xiàn)利用溫度檢測獲得基于聲表面波器件的聲鑷在當(dāng)前的工作環(huán)境下的最佳工作頻率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及微流控技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及基于溫度頻率曲線的聲表面波器件最佳工作頻率確定方法。

背景技術(shù)

基于聲表面波的聲鑷，可利用聲波輻射壓力對微流管道內(nèi)的粒子或細(xì)胞進(jìn)行操作，實現(xiàn)如粒子分選、粒子陣列排布、溶液快速混合等應(yīng)用。由于它對溶液介質(zhì)和被操作的樣本沒有特殊的物理屬性要求，同時整個系統(tǒng)具有小體積、操作簡單等優(yōu)勢，基于聲表面波的聲鑷在微流控生物醫(yī)藥研究和POCT現(xiàn)場快速檢測領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用潛力。

因為聲表面波器件利用叉指換能器實現(xiàn)聲與電之間的轉(zhuǎn)換，其原理為逆壓電效應(yīng)，所以機(jī)電轉(zhuǎn)換效率與叉指換能器上施加的驅(qū)動信號的頻率緊密相關(guān)。如果驅(qū)動頻率偏離最佳的工作頻率會導(dǎo)致機(jī)電轉(zhuǎn)換效率降低，甚至無法觀測到聲鑷的效果。目前，確定聲表面波器件的最佳工作頻率的方法常用網(wǎng)絡(luò)分析儀，在設(shè)計的區(qū)間內(nèi)觀察器件的S11反射系數(shù)曲線，將S11的最低點作為驅(qū)動信號的工作頻率。然而，受聲表面波器件的寄生參數(shù)與實際的工作環(huán)境等因素影響，導(dǎo)致室溫下測試的S11最低頻率點并不是實際上的最佳驅(qū)動頻率。此外，網(wǎng)絡(luò)分析儀是龐大昂貴的實驗設(shè)備，不可能集成到小型化POCT設(shè)備中。因此，一種簡單有效的方法獲取基于聲表面波的聲鑷器件的最佳工作頻率變得格外有意義。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供基于溫度頻率曲線的聲表面波器件最佳工作頻率確定方法。在確定的輸入功率下，通過掃描驅(qū)動頻率的區(qū)間，得到聲表面波器件上的關(guān)鍵位置的溫度，最后通過溫度-頻率曲線獲得基于聲表面波的聲鑷器件的最佳工作頻率，并且這個頻率能夠應(yīng)用在當(dāng)前條件下的工作環(huán)境。

基于溫度頻率曲線的聲表面波器件最佳工作頻率確定方法，利用測試系統(tǒng)獲得基于聲表面波的聲鑷器件的溫度-頻率曲線，測試系統(tǒng)包括頻率掃描單元、驅(qū)動單元、溫度檢測單元、數(shù)據(jù)分析單元；頻率掃描單元用于生成特定的頻率區(qū)間的信號，驅(qū)動單元用于提供固定的輸出功率以驅(qū)動聲表面波器件，溫度檢測單元用于捕獲聲鑷器件上的溫度，數(shù)據(jù)分析單元用于把記錄的溫度與頻率進(jìn)行處理獲得溫度頻率曲線，曲線的峰值對應(yīng)的頻率為當(dāng)前工作條件下聲鑷器件的最佳工作頻率。

進(jìn)一步的，所述的特定的頻率區(qū)間包含理論計算的最佳頻率點，在掃描區(qū)間內(nèi)的頻率步進(jìn)可以根據(jù)實際需要調(diào)整。

進(jìn)一步的，所述的溫度檢測單元使用紅外相機(jī)或其他能夠獲取溫度的傳感器。

進(jìn)一步的，所述的聲表面波器件為叉指換能器，叉指換能器通過微納加工工藝直接制造在鈮酸鋰基板的表面，叉指換能器、PDMS微流控管道通過氧等離子處理后鍵合在鈮酸鋰基板的表面，PDMS的鍵合面與叉指換能器位于同一個鈮酸鋰平面，叉指換能器位于PDMS微流控管道的兩側(cè)。

進(jìn)一步的，所述頻率掃描單元采用信號發(fā)生器，驅(qū)動單元采用功率放大器，信號發(fā)生器輸出的RF信號經(jīng)功率放大器放大后輸入到叉指換能器，由逆壓電效應(yīng)，在鈮酸鋰的表面形成彈性波，彈性波沿著叉指換能器的兩側(cè)傳播。

進(jìn)一步的，設(shè)置功率源，保證輸出的功率不變，改變信號發(fā)生器的頻率，頻率每改變一次。頻率每改變一次，等待溫度穩(wěn)定后，將紅外相機(jī)垂直對準(zhǔn)聲表面波器件區(qū)域(包含PDMS微流控管道)，捕獲器件的紅外信號，通過紅外相機(jī)配套的轉(zhuǎn)換軟件獲取和保存器件的溫度數(shù)據(jù)。最后根據(jù)保存的溫度數(shù)據(jù)繪制PDMS微流控管道區(qū)域的最高溫度與驅(qū)動頻率的曲線，曲線的峰值對應(yīng)的頻率即為當(dāng)前工作條件下的最佳頻率。