Journal of the Korean Society for Nondestructive Testing (비파괴검사학회지)

The Korean Society for Nondestructive Testing (한국비파괴검사학회)
권호 표지

Position Control of Micro Particles in a Fluid Flow Using Ultrasonic Standing Wave

정재초음파를 이용한 유동중 미세 입자 위치 제어

  • Cho, Seung-Hyun (Safety Metrology Center, Korea Research Institute of Standards and Science) ;
  • Seo, Dae-Cheol (Safety Metrology Center, Korea Research Institute of Standards and Science) ;
  • Ahn, Bong-Young (Safety Metrology Center, Korea Research Institute of Standards and Science) ;
  • Kim, Ki-Bok (Safety Metrology Center, Korea Research Institute of Standards and Science) ;
  • Kim, Yong-Il
  • 조승현 (한국표준과학연구원 삶의질표준본부 안전계측연구단) ;
  • 서대철 (한국표준과학연구원 삶의질표준본부 안전계측연구단) ;
  • 안봉영 (한국표준과학연구원 삶의질표준본부 안전계측연구단) ;
  • 김기복 (한국표준과학연구원 삶의질표준본부 안전계측연구단) ;
  • 김용일 (한국표준과학연구원 삶의질표준본부 에너지인프라연구단)
  • Published : 2008.04.30
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Abstract

Using ultrasonic standing waves, micro particles submerged or flowing in fluid can be manipulated. Due to acoustic radiation force of ultrasound, particles are forced to move to pressure nodal or antinodal lines. In this work, we propose a method to control the position of micro particle in a flow by adjusting the frequency of the standing wave. To this end, standing wave field generation system including a few millimeter thick micro channel was established using an immersible ultrasonic transducer. The present generation system works valid in a frequency range between 2.0 MHz and 2.5 MHz. We observed the SiC particles in water moved to pressure nodal lines by the standing wave. The effect of the channel thickness and operating frequency was also investigated. Interestingly, it was shown that the operating frequency have a close relation with the location of the pressure nodal line. Consequently, it fan be said that the position of particle movement rail be controlled by adjusting the ultrasound frequency. The maximum range of the controllable position was about 261 micrometers under the given condition. The resulted observations reveal the possibility of various applications of the ultrasonic standing wave to the manipulation of particles submerged in a fluid.

정재초음파를 이용하면 유체에 잠겨 있거나 유체를 따라서 흐르는 미세 입자의 조작이 가능하다. 정재초음파 장이 입자에 힘을 작용하여 입자를 음압마디 또는 반음압마디로 이동시킨다. 본 연구에서는 정재초음파의 주파수를 조정함으로써 유동 중 미세 입자의 위치를 제어하는 방법을 제안하고자 한다. 이를 위해 먼저 수침형 초음파 트랜스듀서를 이용하여 폭 수 밀리미터의 미세 채널을 가지는 정재초음파 발생시스템을 구성하였다. 제안한 발생시스템을 이용하여 주파수 2 MHz부터 2.5 MHz까지 영역에서 정재초음파 장을 발생시키고, 물을 따라 흐르는 수 마이크로미터 내외의 탄화규소 입자가 음압 마디로 잘 이동함을 확인하였다. 이때, 미세 채널의 폭과 주파수가 입자의 거동에 미치는 영향을 관찰하였으며, 주파수가 미세입자의 이동 위치를 결정하는 중요한 파라미터임을 확인하였다. 결과적으로, 초음파의 주파수를 조정함으로써 입자의 이동 위치를 제어할 수 있음을 실험을 통해 확인하였으며 최대 범위는 약 261 마이크로미터이다. 본 연구로부터 유체내의 입자 조작에 있어서 정재초음파의 다양한 응용 가능성을 확인할 수 있었다.

Keywords

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