[发明专利]基于凹面超声阵列的无容器悬浮控制装置

说明书

基于凹面超声阵列的无容器悬浮控制装置，属于超声阵列悬浮技术领域，包括电源模块、控制模块、阵元驱动模块及超声波相控阵列模块，电源模块用于向控制模块及阵元驱动模块输出驱动电压，以便驱动控制模块及阵元驱动模块；控制模块用于生成脉冲宽度调制信号，该脉冲宽度调制信号作为超声振动单元的原始激励信号；阵元驱动模块用于接收控制模块发出的脉冲宽度调制信号，并将其放大后发送给超声波相控阵列模块，以便超声波相控阵列模块中的超声振动单元满足启动电压，从而产生驻波声场；所述超声波相控阵列模块产生驻波声场；本发明提出的采用了新型的凹面双发射极结构，该结构的超声控制装置与传统单轴声悬浮装置相比，有效地调高了驻波悬浮能力。

技术领域

本发明属于超声阵列悬浮技术领域，具体涉及一种基于凹面超声阵列的无容器悬浮控制装置。

背景技术

随着近些年科技的发展，超声技术也迅速开展起来。超声波具有频率高，波长短，方向性好，穿透能力强等特点，在工业，农业，医学，军事等领域得到了广泛应用。并且高强度的超声波在传递过程中会产生辐射声压，利用辐射声压可以使物体浮在声源上方。在微生物、材料、化学以及其他领域的研究中，超声悬浮技术提供了一种理想和有效的实验手段，但是目前常见的超声悬浮装置几乎局限于静态实验，其中物体和液滴仅可以悬浮在空间中的固定位置。随着高精度、高复杂度、高灵活性的粒子操纵和运输的发展趋势，常见的悬浮装置难以满足微粒在声场中机械运动的可控性，这成为如今业界亟待解决的难题。

发明内容

为了解决悬浮微粒单轴可移动的问题，本发明提出一种基于凹面超声阵列的无容器悬浮控制装置。

本发明采用如下的技术方案：基于凹面超声阵列的无容器悬浮控制装置，其特征在于，包括：电源模块、控制模块、阵元驱动模块及超声波相控阵列模块，

所述电源模块的电源输出端与控制模块及阵元驱动模块的电源输入端连接，电源模块用于向控制模块及阵元驱动模块输出驱动电压，以便驱动控制模块及阵元驱动模块；

所述控制模块的信号输出端与阵元驱动模块的信号输入端相连，控制模块用于生成脉冲宽度调制信号，该脉冲宽度调制信号作为超声振动单元的原始激励信号；

所述阵元驱动模块用于接收控制模块发出的脉冲宽度调制信号，并将其放大后发送给超声波相控阵列模块，以便超声波相控阵列模块中的超声振动单元满足启动电压，从而产生驻波声场；

所述超声波相控阵列模块包括上凹球面壳体、下凹球面壳体、支撑架及超声振动单元，上凹球面壳体及下凹球面壳体呈正对平行布置且通过支撑架固定连接，上凹球面壳体及下凹球面壳体的凹面上均设置有超声振动单元；所述超声振动单元由三圈超声换能器构成，位于上凹球面壳体的所有超声换能器的输入引脚串联在一起形成第一路信号输入端，输出引脚串联在一起形成第二路信号输入端，位于下凹球面壳体的所有超声换能器的输入引脚串联在一起形成第三路信号输入端，输出引脚串联在一起形成第四路信号输入端。

其中，三圈超声换能器中最内圈布置有6个超声换能器，中间圈布置有12个超声换能器，最外圈布置有18个超声换能器。

进一步，所述超声换能器的型号为MA40S4S。