[发明专利]一种小型涡旋声束发生器及粒子旋转和聚集系统

说明书

本发明属于超声粒子操控的设备技术领域，具体涉及一种小型涡旋声束发生器和粒子旋转和聚集系统，包括底座、水槽、压电陶瓷超声换能器片；底座上垂直连接有可调节支架一端，可调节支架的另一端固定连接于所述水槽的底部四角，压电陶瓷超声换能器片通过耦合剂粘合于所述水槽底部的外壁上，压电陶瓷超声换能器片的一侧分别连接正极引线一端，另一侧分别连接负极引线的一端，正极引线与负极引线的另一端连接有超声波发生装置，本装置的高操控性有效的实现了对于不同大小粒子的操控，并便于对粒子的搬移。

技术领域

本发明属于超声粒子操控技术领域，具体涉及一种小型涡旋声束发生器及其粒子旋转和聚集装系统。

背景技术

随着当代科技的不断发展，超精密控制技术已经成为很多高精度仪器的重要组成部分，所以超声粒子操控技术的应用越来越广泛。超声波的固有特征使其在液体介质中传播时可传递很强的能量，能在界面上产生强烈的冲击和空化作用。且同声波一样会产生反射,干涉，叠加和共振现象。超声波之间的叠加可以产生涡旋声束，而且利用涡旋声束来控制粒子的运动在一些领域也得到越来越广泛的应用。

近年来，利用超声粒子操控技术处理悬浮液，从而去除或分离液体中的微粒的方法越来越被人们重视。在超声波声场下，微粒会在声辐射力的作用下向声压节运动。在这个过程中，微粒会碰撞凝聚，最终在声压较小的区域达到凝聚平衡状态。在合适的超声波功率及合理的超声波处理时间会得到较好的凝聚效果。经过超声波处理后的液体中的颗粒在凝聚后更容易上浮,从而达到去除液体中颗粒的目的。

超声悬浮技术是利用声辐射力将微粒悬浮在超声驻波场声压节点处的无容器处理技术，该技术可以使用非接触的方式处理体积为几微升甚至几十皮升的样品；随着超声悬浮技术的不断发展和完善，超声悬浮技术在无容器材料制备、地面空间状态模拟、流体的力学性能研究、太空实验、生化医学等方面有着广泛的应用前景。

一般的超声悬浮系统由超声波发生装置和介质组成；一般使用超声驻波平衡重力，使微粒悬浮；但是，随着现代科技发展之快，对所要操控的粒子的结构以及性能要求更高，这就需要对粒子操控的技术也要提高；对介质中的粒子经常进行移动和转动的操控，如果采用手工操控粒子，容易污染介质，且难以进行高精密的操作，采用超声驻波悬浮技术，也存在一定的缺陷；因此，现有的粒子操控方法难以满足对粒子操控的更高的要求。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种小型涡旋声束发生器及粒子旋转和聚集系统。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

一种小型涡旋声束发生器及粒子旋转和聚集系统，其特征在于，包括底座、水槽、压电陶瓷超声换能器片；所述底座上垂直连接有可调节支架一端，所述可调节支架的另一端固定连接于所述水槽的底部四角，所述四个压电陶瓷超声换能器片通过耦合剂粘合于所述水槽底部的外壁上，所述四个压电陶瓷超声换能器片的一侧分别连接正极引线一端，另一侧分别连接负极引线的一端，所述正极引线与负极引线的另一端连接有超声波发生装置。

进一步的，所述超声波发生装置由信号发生器、变相器和功率放大器组成；信号发生器可以产生正弦激励信号，信号经过变相器，使相位分别为0°，90°，180°，270°，并通过功率放大器将正弦激励信号发送至所述四个压电陶瓷超声换能器片。

进一步的，所述水槽和底座均采用有机玻璃材料制成。

进一步的，通过改变激励信号的幅度，可以获得不同的转动力矩，从而实现对不同大小粒子的操控。

进一步的，当通过变相器改变四个压电陶瓷换能器激励信号的相位时，可以改变粒子的转动方向。

进一步的，所述四个超声波换能器片应设置在相同的高度，以产生稳定的旋涡声束。

进一步的，每相邻的两个压电陶瓷超声波换能器片之间的距离相同。

与现有技术相比，本发明的有益效果：