[发明专利]一种基于声辐射力的无形微振动台及应用

权利要求书

1.一种基于声辐射力的无形微振动台，其特征在于：包括高速摄像机(1)、PLC运动控制器(2)、半球形换能器阵列(3)、置物台(4)、高速图像采集卡(7)、信号发生和采集系统和基于PXI总线的上位机系统(8)；半球形换能器阵列(3)位于置物台(4)的正上方，半球形换能器阵列(3)固定连接在PLC运动控制器(2)上，高速摄像机(1)固定于半球形换能器阵列(3)顶端的通孔中，PLC运动控制器(2)通过RS232与基于PXI总线的上位机系统(8)相连；信号发生和采集系统包括多通道线性功率放大器(5)、多通道程控信号发生器(6)和多通道数据采集卡(19)，多通道线性功率放大器(5)和多通道数据采集卡(19)与半球形换能器阵列(3)上的换能器相连，多通道程控信号发生器(6)和多通道数据采集卡(19)通过PXI总线与基于PXI总线的上位机系统(8)相连；高速摄像机(1)经高速图像采集卡(7)和PXI总线后也与基于PXI总线的上位机系统(8)相连；

所述的半球形换能器阵列(3)主要是由半球形换能器座(14)和安装在半球形换能器座上的多个圆形换能器(11)构成，多个圆形换能器(11)分为四组，每组圆形换能器(11)布置在半球形换能器座上表面的同一圆周并沿周向间隔均布，不同组圆形换能器(11)布置在不同圆周上，从下至上的各组圆形换能器(11)中的圆形换能器数量依次递减；

控制各个圆形换能器(11)产生超声波，使其在置物台(4)内相互叠加合成为预期声场，预期声场中形成位于微小物体附近的虚拟振动夹，虚拟振动夹俘获目标物体；预设各个圆形换能器(11)的驱动信号频率、幅值和相位延时信息，使得虚拟振动夹位置以预设振动模式变化，物体在虚拟振动夹俘获作用下按预设振动模式振动。

2.根据权利要求1所述的一种基于声辐射力的无形微振动台，其特征在于：

所述的半球形换能器阵列(3)顶部加工有观测通孔(9)，观测通孔(9)安置高速摄像机(1)以实现目标物体位置信息采集。

3.根据权利要求1所述的一种基于声辐射力的无形微振动台，其特征在于：所述的半球形换能器座(14)上设置用于安装圆形换能器(11)的换能器安装孔，换能器安装孔侧部加工有正电极孔(12)和负电极孔(13)，圆形换能器(11)的正极座(15)和负极座(16)分别嵌装在正电极孔(12)和负电极孔(13)中，电极孔与电极座采用过盈配合。

4.根据权利要求1所述的一种基于声辐射力的无形微振动台，其特征在于：所述的半球形换能器座(14)顶部侧面设有通讯口(10)，正电极孔(12)和负电极孔(13)经埋设在半球形换能器座内部的电线与通讯口(10)连接，通讯口(10)与多通道线性功率放大器(5)和多通道数据采集卡(19)相连。

5.根据权利要求1所述的一种基于声辐射力的无形微振动台，其特征在于：所述的置物台(4)底面为正方形，底部内设有圆形的物体放置范围(18)和用于高速摄像机(1)定标的十字形放置范围中心(17)，十字形放置范围中心(17)位于物体放置范围(18)中心； 工作时，整个声场的操纵范围与置物台中的物体放置范围相同，被操纵物体可以任意放置在置物台放置范围(18)中。

6.根据权利要求1所述的一种基于声辐射力的无形微振动台，其特征在于：所述的圆形换能器(11)采用空气耦合式超声换能器、液体耦合式超声换能器或者两种换能器的组合。

7.根据权利要求1所述无形微振动台的应用，其特征在于：在针对微米级至纳米级微小物体振动和移动中的应用。