[发明专利]一种低反射率的超声相控阵

说明书

本发明公开了一种低反射率的超声相控阵，包括阵元、阵元支架、控制电路。所述的阵元为超声换能器或者超声探头晶片，所述的阵元支架为镂空结构。所述的阵元固定在所述的阵元支架上，并与所述的控制电路相连接。所述的阵元支架要尽可能镂空，仅保留阵元的安装处、安装位置之间的连接处、和阵元支架的边缘。本发明大大降低了超声相控阵的反射率，使得超声相控阵在应用于声悬浮时，出射波可以几乎不受反射波影响，显著提升了装置的悬浮能力和运输的稳定性。

技术领域

本发明属于超声驻波悬浮领域，涉及一种低反射率的超声相控阵。

背景技术

超声相控阵在工业探伤、医学检查等领域都有十分广泛的应用。近年来，超声相控阵又被用于声悬浮等领域。目前，通过超声相控阵产生的特定声场可以使颗粒悬浮，并且可以在一定范围内对颗粒进行移动与运输。

利用超声相控阵进行声悬浮的方式大致有两种。其一是利用相位延时，实现声聚焦，在声波的焦点处可以悬浮颗粒，改变相位，焦点的位置也就随之改变，从而达到运输颗粒的目的。其二是将超声相控阵中所有的阵元相位设为一致，利用超声相控阵发出的平面波叠加形成驻波，然后利用驻波声场对颗粒进行悬浮和运输。

第一种方法为了提升悬浮颗粒的密度和数量，通常会采用两个超声相控阵相对来共同实现声波的聚焦；第二种方法要想对颗粒进行移动，只能将两个超声相控阵相对放置，利用他们之间的相位差来移动颗粒。在两个超声相控阵相对放置时，其中一个阵列发出的声波会在另一个阵列上产生反射，反射波会与另一个阵列的出射波相互叠加，叠加会明显改变出射波原有的振幅。经过仿真和实验，这种效应会有至少两个明显的不利影响。其一是在改变相位来对颗粒进行运输时，某些相位下反射波与出射波相互抵消，而某些相位下有会增强出射波，这导致声辐射力出现大幅度的波动，以至于严重影响了颗粒的稳定运输。其二，在整个运输过程中的声辐射力的最小值，是要小于无反射时的声辐射力的，这也就意味着整个装置能运输的颗粒的密度要低于无反射的情形。总之，在将超声相控阵用于声悬浮时，阵列对声波的反射会使悬浮和运输的效果明显变差。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种低反射率的超声相控阵，利用超声相控阵对颗粒进行悬浮和运输时，声辐射力更强更稳定，运输也会更平稳。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：

一种低反射率的超声相控阵，包括阵元、阵元支架、控制电路。所述的阵元为超声换能器或者超声探头晶片，所述的阵元支架为镂空结构。所述的阵元固定在所述的阵元支架上，并与所述的控制电路相连接。

作为优选，所述的阵元支架要尽可能镂空，仅保留阵元的安装处(简称为安装处)、安装位置之间的连接处(后简称为连接处)、和阵元支架的边缘。

作为优选，所述的阵元支架采用平面或者曲面，若为平面，可以为圆形或者方形。

作为优选，所述的阵元支架中，连接处的宽度要小于1mm。

作为优选，所述的阵元支架中，安装处的厚度要大于3mm，增加厚度可以弥补因连接处过细导致的支架强度下降，而且，增加厚度不会增加反射率。

作为优选，所述的阵元支架的边缘宽度要大于5mm，边缘增加宽度可以增强支架强度，但几乎不会增加反射率。

作为优选，所述的阵元支架中，连接处和边缘的厚度要大于安装处，具体的要求是，要使得它们的上表面恰好低于阵元上表面四分之一波长。根据计算，阵元支架的连接处和边缘的上表面低于阵元上表面四分之一波长时，阵列的反射率会比其他情况更低。根据所用阵元发出声波波长的不同，连接处和边缘的上表面与阵元上表面之间的高度差也会不同。

作为优选，所述的阵元在与所述的控制电路进行连接时，连接的电线固定在阵元支架的连接处的背面，或者直接印刷在背面，以防增加反射率。

通过上述技术方案，本发明的有益效果是：