楔型壓電聲波導於超音波致動器及感測器之應用研究

Abstract

楔型聲波導在感測器與致動器應用上具有優異的潛力，使得其重要性逐漸被重視。 即使具有些微截角寬度，楔型聲波導反對稱撓性波的動能大部分都匯聚在楔型頂角附 近，使其具備直接推動所接觸之固體或液體的能力。此外，由於楔型體撓性波的頻散特 性，楔型聲波導亦可應用於偵測週遭液體性質。本計畫擬結合直線、圓柱楔型聲波導的 波傳理論及壓電致動、感測技術，發展新式的行波型超音波馬達及超音波噴墨裝置的液 位感測器、輔助致動器。全程計畫將分兩年進行。第一年研究期間將開發一新型的超音 波馬達，馬達定子是由一金屬圓柱楔型體與一壓電陶瓷圓管所構成，驅動方式採用雙相 驅動之梳狀換能器，經由最佳設計參數的尋找，馬達扭矩及功率轉換效率將可大幅提 昇。第二年研究期間將開發一組直線楔型壓電感測器，偵測超音波噴墨裝置的液位，超 音波噴墨技術不需要噴嘴即可產生數微米之噴墨液滴，具有應用的優勢。但是需要精密 控制液位高度，以確保噴墨液滴的品質。此外，將探討駐波型直線楔型聲波導對於墨水 液面表面張力的干擾，協助噴墨液滴脫離自由液面。本計畫將利用半導體製程技術製作 超音波噴墨實驗裝置，經由適切的理論模擬及實驗觀察，研究成果將有助於改進超音波 噴墨技術的效能。