[发明专利]一种基于声辐射力的无形微振动台及应用

说明书

本发明公开了一种基于声辐射力的无形微振动台及应用。半球形换能器阵列位于置物台的正上方，半球形换能器阵列固定连接在PLC运动控制器上，高速摄像机固定于半球形换能器阵列顶端的通孔中并与高速图像采集卡相连，PLC运动控制器与基于PXI总线的上位机系统相连；信号发生和采集系统包括多通道线性功率放大器、多通道程控信号发生器和多通道数据采集卡，多通道线性功率放大器和多通道数据采集卡与半球形换能器阵列上的换能器相连，多通道程控信号发生器、高速图像采集卡和多通道数据采集卡均与基于PXI总线的上位机系统相连。本发明通过相控算法将振动参数转换为换能器阵列驱动信号，使得声场在目标物体处形成虚拟振动夹，对目标物体进行激振；具有较好的适应性、结构简单、易于操作等优势。

技术领域

本发明涉及一种振动台装置，尤其是涉及了一种基于声辐射力的无形微振动台及应用。

背景技术

随着科学与技术的不断深入发展，越来越多的科学研究在微观领域展开。人们对微型化设备的研究日新月异，促使微型化设备不断发展，如微机械、微执行器、微传感器等，使其在生物医学、无线通信、工业自动化等重要领域更加不可替代，与此同时，对其能进行有效振动测试的重要性逐步凸显。然而，由于微观领域存在尺寸效应等多方面因素，仍采用传统振动台对微小物体进行振动测试显得捉襟见肘。

因此，人们对微米级至纳米级尺度微构件的振动测试具有越来越强烈的需求。例如，MEMS微构件动态测试时最基本的环节是要对其激振，由于其尺寸小，谐振频率高，传统激励技术无法直接应用在MEMS动态测试中，MEMS微构件动态测试常使用基于压电陶瓷的激励方式，而部分MEMS器件需要在高温等恶劣环境下工作，仍采用工作温度较低的压电陶瓷进行高温环境下的动态测试非常困难，且压电陶瓷的振动模式单一。此时，如何在多种工作环境下对MEMS器件进行有效的多种模式的激振更为关键。在生物工程领域，不断有学者研究机械力刺激对细胞力学性能、生理功能等方面的影响，都可能为致命疾病早期诊断、细胞工程、生物功能材料等方面提供理论依据，但是传统细胞振动测试是利用振动台对一批培养细胞进行激振，此过程中引入了较多不确定干扰因素，如细胞与细胞之间、细胞与仪器之间等，且细胞受到振动的均匀性和一致性也难以保证，都会对测试结果产生或多或少的影响。因此能否采用非接触的方式对单一或多个目标细胞分别施加有效振动刺激显得尤为重要。

综上所述，目前对于微米级至纳米级微小物体的振动激励还存在很大局限性，不仅设备复杂、价格昂贵，而且干扰因素较多，振动效果难以保证。可见，亟需开发一种工艺简单、适应性强的能对微米级至纳米级微小物体施加多方向激振力的微振动台。

发明内容

为了解决背景技术中存在的问题，本发明提出了一种基于声辐射力的无形微振动台及应用。本发明装置利用贝塞尔信号作为激励信号，采用相控算法合成一个或多个虚拟振动夹，对被俘获目标物体按预设模式激振。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

本发明包括高速摄像机、PLC运动控制器、半球形换能器阵列、置物台、高速图像采集卡、信号发生和采集系统和基于PXI总线的上位机系统；半球形换能器阵列位于置物台的正上方，半球形换能器阵列固定连接在PLC运动控制器上，高速摄像机固定于半球形换能器阵列顶端的通孔中，PLC运动控制器通过RS232与基于PXI总线的上位机系统相连；信号发生和采集系统包括多通道线性功率放大器、多通道程控信号发生器和多通道数据采集卡，多通道线性功率放大器和多通道数据采集卡与半球形换能器阵列上的换能器相连，多通道程控信号发生器和多通道数据采集卡通过PXI总线与基于PXI总线的上位机系统相连；高速摄像机经高速图像采集卡和PXI总线后也与基于PXI总线的上位机系统相连。

本发明根据采集到的目标物体位置，通过声束相控算法计算出程控信号发生器各通道参数，从而通过换能器阵列合成预期声场，利用声场中形成的声辐射力夹俘获置物台内目标物体，进而对被俘获目标物体按预设模式激振。