[发明专利]平面反射镜和声悬浮装置

说明书

本申请涉及一种平面反射镜和声悬浮装置。平面反射镜用于反射声波，包括基板和涡旋聚焦槽。基板包括上表面。涡旋聚焦槽设置于基板。涡旋聚焦槽的开口方向朝向所述上表面。所述涡旋聚焦槽包括凹槽底面。所述凹槽底面与所述上表面平行。其中，所述上表面所反射的第一反射声波、与所述凹槽底面所反射的第二反射声波聚焦于所述平面反射镜的焦点；所述第一反射声波和所述第二反射声波存在相位差。本申请的平面反射镜的设置方式能够将发射至基板的声波产生涡旋聚焦，使得悬浮空间中的声悬浮物体能够进行旋转，为声悬浮装置增加了旋转功能，进一步提升了声悬浮装置的功能性，且制作和组装方便。

技术领域

本申请涉及声悬浮技术领域，尤其涉及一种平面反射镜和声悬浮装置。

背景技术

声悬浮是指利用声辐射力将物体悬浮在空中。相对于电磁悬浮，声悬浮对悬浮物的导电性、磁性没有要求，因此进一步发展出了无接触颗粒筛选、无接触靶向传送、超声波3D打印等技术。除此之外，声悬浮装置在悬浮物体时具有较高的观赏性，所以声悬浮装置在声学科普活动中或在教学实验中被广泛使用。

目前单轴声悬浮装置有三种常用的技术路径：(1)两个换能器/两组换能器阵列按相对方向布置，利用声波叠加后的声辐射力使物体悬浮在空中；(2)一个换能器/一组换能器阵列和一块反射镜组成声悬浮装置，利用出射波和反射波叠加后的声辐射力使物体悬浮在空中；(3)单个凹面换能器/平面波换能器或阵列结合声波聚焦透镜/一组换能器相控阵列构成声悬浮装置，利用聚焦波束的声辐射力悬浮物体。

发明内容

鉴于现有单轴声悬浮装置对悬浮物状态控制的局限，本申请提供一种平面反射镜和声悬浮装置，以解决相关技术中的部分或者全部不足。

本申请第一方面提供一种平面反射镜，用于反射声波。平面反射镜包括基板和涡旋聚焦槽。基板包括上表面。涡旋聚焦槽设置于所述基板；所述涡旋聚焦槽的开口方向朝向所述上表面。所述涡旋聚焦槽包括凹槽底面。所述凹槽底面与所述上表面平行。其中，所述上表面所反射的第一反射声波、与所述凹槽底面所反射的第二反射声波聚焦于所述平面反射镜的焦点；所述第一反射声波和所述第二反射声波存在相位差。

进一步地，所述相位差的绝对值大于或者等于90°、且小于或者等于270°。

进一步地，所述相位差的绝对值为180°。

进一步地，所述涡旋聚焦槽的深度满足如下公式：

其中，h为所述涡旋聚焦槽的深度，n为自然数、k为深度系数，λ为所述声波的波长；所述深度系数为正数且为非整数。

进一步地，所述深度系数满足如下公式：

其中，a为自然数。

进一步地，所述涡旋聚焦槽在所述上表面上的投影包括第一线条和第二线条；所述第一线条和所述第二线条为阿基米德螺旋线。

进一步地，所述阿基米德螺旋线的半径公式为：

其中，r为所述阿基米德螺旋线的半径，θ为角坐标，M为所述阿基米德螺旋线的总数量，m为所述阿基米德螺旋线的序号，λ为所述声波的波长，F为所述平面反射镜的焦距。

进一步地，所述涡旋聚焦槽的数量包括多个；多个所述涡旋聚焦槽围绕所述平面反射镜的中心轴线等角度间隔地分布于所述基板。

进一步地，多个所述涡旋聚焦槽的形状相同。

进一步地，所述平面反射镜由金属和/或塑料形成。