[实用新型]一种基于超声换能器环形阵列的声场合成与并行操纵装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种声场合成与并行操纵的装置，尤其是涉及一种基于超声换能器环形阵列的声场合成与并行操纵装置。

背景技术

随着科学与技术的不断深入发展，人类的研究领域逐渐由宏观世界转向到了微观世界。特别是近些年，微纳制造技术和生命科学技术迅猛发展，清晰地向人们展现了一个崭新的微观世界，为基础科学的研究提供了理想的研究对象和令人振奋的工程应用背景。但无论是在微纳制造领域还是在生命科学领域，都需要对研究对象进行有效的操纵，尤其是进行有效的非接触无损操纵。不仅如此，随着微观领域研究的不断深入，人们往往更迫切地希望能够同时操纵多个物体，例如在生命科学领域，面对多蛋白、多细胞的融合实验，为了更充分展现蛋白与细胞膜之间的作用机理，往往更需要同时操纵多个对象。并且，在靶向药物实验中，我们更希望能够同时操纵药物与病态细胞，以便能够充分地调整它们各自的位姿，使其能够更加充分和精确地相结合。特别是在微纳制造领域，随着微纳器件从单构件单功能向多构件多功能的集成化快速发展，人们对操纵的形式、精度提出了更高的要求，单个微纳尺度物体的操纵已不能满足微纳系统集成化的发展需求，基于并行操纵的微装配技术是大势所趋。可见，基于超声声场的并行操纵技术日益体现出其重要性和急迫性。

目前，根据现有的专利申请情况，基于微构件的超声辐射力非接触遥操纵，已有的专利有：《微构件的二维旋转遥操纵方法》（申请号200710066775.9）、《微构件的二维平移遥操纵方法》（申请号200610155275.8）。虽然这两个都涉及超声操纵技术，但由于其只能实现单一的声场合成，在对微纳尺度物体的操纵上也仅局限于单微纳尺度物体的操纵水平，在面对复杂声场的合成及多个微纳尺度物体的并行操纵显得力不从心，故其在多个微纳尺度物体并行操纵与微装配领域的应用范围受到了很大的限制。

发明内容

正是基于目前现有的超声操纵技术无法实现复杂声场合成与多个微纳尺度物体并行操纵的缺陷与不足，本实用新型提出一种基于超声换能器环形阵列的声场合成与并行操纵装置，基于超声换能器环形阵列组产生超声信号，利用超声声场合成理论，实现所需声场合成，并通过改变超声信号参数形成预期的声场，实现对该声场中多个微纳尺度物体的柔性化复合式并行声操纵的装置。

本实用新型的技术方案是：

本实用新型包括工控机、多通道参数程控可调超声信号发生器、多通道高频宽带线性功放模块、高帧率数码摄像机和图像并行处理模块，工控机通过PXI总线分别与多通道参数程控可调超声信号发生器及图像并行处理模块相连接，多通道参数程控可调超声信号发生器与多通道高频宽带线性功放模块相连接，图像并行处理模块与高帧率数码摄像机相连接；还包括超声换能器环形阵列组，超声换能器环形阵列组与多通道高频宽带线性功放模块相连接；超声换能器环形阵列组包括圆形底盘、卡槽块和矩形超声换能器，圆形底盘的外圆周上间隔均布设有十八个安装槽，每个安装槽中心设有通孔，十八个卡槽块安装在各自的安装槽上，卡槽块的两侧设有沿平行于圆形底盘中心轴的卡槽；相邻两个安装槽之间均装有矩形超声换能器，矩形超声换能器的两侧卡在卡槽块的卡槽内。

所述的矩形超声换能器包括两个L型铜箔片、铝质障碍板和矩形压电陶瓷片；矩形压电陶瓷片的两侧分别与一个L型铜箔片粘接，矩形压电陶瓷片其中一侧的L型铜箔片与铝质障碍板粘接，铝质障碍板与L型铜箔片粘接的一侧均匀涂有薄层绝缘漆，铝质障碍板的两侧卡在卡槽块的卡槽内，铝质障碍板涂有薄层绝缘漆的一侧朝向圆形底盘的中心。

所述的卡槽块通过螺栓固定在圆形底盘的安装槽上，螺栓穿过安装槽中心的通孔与卡槽块连接。

所述的安装槽的底面形状与卡槽块的底面形状相同。

所述的L型铜箔片通过改性丙烯酸酯胶黏剂与铝质障碍板粘接。

所述的矩形压电陶瓷片通过导电银胶与两侧的L型铜箔片粘接。

所述的圆形底盘上表面的粗糙度至多为Ra1.6。

所述的矩形超声换能器、圆形底盘和卡槽块通过环氧树脂灌胶方式进行封装。

所述的多通道参数程控可调超声信号发生器、多通道高频宽带线性功放模块均含有十八路独立同步通道。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型通过采用超声换能器环形阵列组可以合成稳定的所需声场，通过调整一路或多路通道上的声信号参数可以实现对多个微纳尺度物体的并行操纵。

本实用新型采用十八路独立可控的超声信号通道，提高了合成声场的分辨率与稳定度。