基于凹面超声阵列的无容器悬浮控制装置制造方法及图纸

基于凹面超声阵列的无容器悬浮控制装置，属于超声阵列悬浮技术领域，包括电源模块、控制模块、阵元驱动模块及超声波相控阵列模块，电源模块用于向控制模块及阵元驱动模块输出驱动电压，以便驱动控制模块及阵元驱动模块；控制模块用于生成脉冲宽度调制信号，该脉冲宽度调制信号作为超声振动单元的原始激励信号；阵元驱动模块用于接收控制模块发出的脉冲宽度调制信号，并将其放大后发送给超声波相控阵列模块，以便超声波相控阵列模块中的超声振动单元满足启动电压，从而产生驻波声场；所述超声波相控阵列模块产生驻波声场；本发明专利技术提出的采用了新型的凹面双发射极结构，该结构的超声控制装置与传统单轴声悬浮装置相比，有效地调高了驻波悬浮能力。

【技术实现步骤摘要】
基于凹面超声阵列的无容器悬浮控制装置
本专利技术属于超声阵列悬浮
，具体涉及一种基于凹面超声阵列的无容器悬浮控制装置。
技术介绍
随着近些年科技的发展，超声技术也迅速开展起来。超声波具有频率高，波长短，方向性好，穿透能力强等特点，在工业，农业，医学，军事等领域得到了广泛应用。并且高强度的超声波在传递过程中会产生辐射声压，利用辐射声压可以使物体浮在声源上方。在微生物、材料、化学以及其他领域的研究中，超声悬浮技术提供了一种理想和有效的实验手段，但是目前常见的超声悬浮装置几乎局限于静态实验，其中物体和液滴仅可以悬浮在空间中的固定位置。随着高精度、高复杂度、高灵活性的粒子操纵和运输的发展趋势，常见的悬浮装置难以满足微粒在声场中机械运动的可控性，这成为如今业界亟待解决的难题。
技术实现思路
为了解决悬浮微粒单轴可移动的问题，本专利技术提出一种基于凹面超声阵列的无容器悬浮控制装置。本专利技术采用如下的技术方案：基于凹面超声阵列的无容器悬浮控制装置，其特征在于，包括：电源模块、控制模块、阵元驱动模块及超声波相控阵列模块，所述电源模块的电源输出端与控制模块及阵元驱动模块的电源输入端连接，电源模块用于向控制模块及阵元驱动模块输出驱动电压，以便驱动控制模块及阵元驱动模块；所述控制模块的信号输出端与阵元驱动模块的信号输入端相连，控制模块用于生成脉冲宽度调制信号，该脉冲宽度调制信号作为超声振动单元的原始激励信号；所述阵元驱动模块用于接收控制模块发出的脉冲宽度调制信号，并将其放大后发送给超声波相控阵列模块，以便超声波相控阵列模块中的超声振动单元满足启动电压，从而产生驻波声场；所述超声波相控阵列模块包括上凹球面壳体、下凹球面壳体、支撑架及超声振动单元，上凹球面壳体及下凹球面壳体呈正对平行布置且通过支撑架固定连接，上凹球面壳体及下凹球面壳体的凹面上均设置有超声振动单元；所述超声振动单元由三圈超声换能器构成，位于上凹球面壳体的所有超声换能器的输入引脚串联在一起形成第一路信号输入端，输出引脚串联在一起形成第二路信号输入端，位于下凹球面壳体的所有超声换能器的输入引脚串联在一起形成第三路信号输入端，输出引脚串联在一起形成第四路信号输入端。其中，三圈超声换能器中最内圈布置有6个超声换能器，中间圈布置有12个超声换能器，最外圈布置有18个超声换能器。进一步，所述超声换能器的型号为MA40S4S。其中，所述电源模块包括直流稳压电路和降压稳压电路；直流稳压电路包括变压器、四只整流二极管1N4007构成的桥式整流电路、电解电容C1、电解电容C2及线性稳压器LM78H12，变压器用于将幅值为220V的正弦波交流电降至幅值为14V的正弦波交流电，桥式整流电路的输入端与变压器的输出端连接，桥式整流电路的输出端与线性稳压器LM78H12连接；所述电解电容C1与桥式整流电路并联，同时电解电容C1的正极与线性稳压器LM78H12的输入端通过电线连接；所述电解电容C2的正极与线性稳压器LM78H12的输出端连接，电解电容C2的负极与线性稳压器LM78H12的GND引脚连接；所述线性稳压器LM78H12用于输出幅值为12V的直流电压；降压稳压电路包括正12V转正5V转换电路及滤波电路，正12V转正5V转换电路包括三端集成稳压芯片LM7805、陶瓷电容C3及保护二极管D2，陶瓷电容C3的一端与三端集成稳压芯片LM7805的电压输入端通过电线相连，陶瓷电容C3的另一端与三端集成稳压芯片LM7805的GND引脚通过电线相连；三端集成稳压芯片LM7805的电压输出端与保护二极管D2的正向输入端通过电线相连；滤波电路包括陶瓷电容C4及电解电容C5，正12V转正5V转换电路的输出端分别与陶瓷电容C4的一端及电解电容C5的正极输入端通过电线相连，三端集成稳压芯片LM7805的GND引脚与陶瓷电容C4的另一端通过电线相连，同时三端集成稳压芯片LM7805的GND引脚与电解电容C5的负极输出端通过电线相连并连入GND接地端。其中，所述阵元驱动模块包括第一驱动芯片MC34152、第二驱动芯片MC34152、陶瓷电容C12、陶瓷电容C13、陶瓷电容C14及陶瓷电容C15，第一驱动芯片MC34152及第二驱动芯片MC34152的GND引脚通过电线相连，第一驱动芯片MC34152及第二驱动芯片MC34152的VCC引脚均接入电源模块的12V直流电压输出端，陶瓷电容C12、陶瓷电容C13、陶瓷电容C14及陶瓷电容C15的一端通过电线与电源模块的12V直流电压输出端相连，陶瓷电容C12、陶瓷电容C13、陶瓷电容C14及陶瓷电容C15的另一端均通过电线与GND接地端相连；第一驱动芯片MC34152的输出端与位于上凹球面壳体的超声振动单元的输入端相连，第二驱动芯片MC34152的输出端与位于下凹球面壳体的超声振动单元的输入端相连。其中，所述控制模块包括ATmega328P芯片、复位电路、时钟电路和电源电路，ATmega328P芯片的信号输出端的ADCO/PCINT8及ADC1/PCINT9引脚与第一驱动芯片MC34152的逻辑信号输入端通过电线相连，ATmega328P芯片的信号输出端的ADC2/PCINT10及ADC3/PCINT11引脚与第二驱动芯片MC34152的逻辑信号输入端通过电线相连，ATmega328P芯片的振荡电路输入引脚PB6与陶瓷电容C10通过电线相连，ATmega328P芯片的振荡电路输出引脚PB7与陶瓷电容C11通过电线相连，同时ATmega328P芯片的振荡电路输入引脚PB6和振荡电路输出引脚PB7之间连接有一个16Mhz的晶体振荡器构成时钟电路；降压稳压电路输出5V直流电压的引脚与极性电容C6、极性电容C7及极性电容C8通过电线相连构成滤波电路；降压稳压电路输出5V直流电压的引脚与阻值为1K欧姆电阻R1A的一端相连，电阻R1A的另一端与ATmega328P芯片的重置引脚PC6和SW按键相连接入GND引脚形成复位电路；参考电压输入引脚AREF与电容C9的一端通过电线相连，电容C9的另一端接入GND引脚；从机选择引脚PB2和从机输入引脚PB3通过电线相连，时钟引脚PB5接入阻值为680欧姆的电阻R2A的一端，电阻R2A的另一端接入LED发光二极管的正极输入端，LED的负极输出端与GND引脚通过电线相连。通过上述设计方案，本专利技术可以带来如下有益效果：1、本专利技术提出的基于凹面超声阵列的无容器悬浮控制装置采用了新型的凹面双发射极结构，该结构的超声控制装置与传统单轴声悬浮装置相比，有效地调高了驻波悬浮能力；2、本专利技术提出的基于凹面超声阵列的无容器悬浮控制装置改变了传统装置脉冲信号波形相位不可调的问题，通过对调制波相位的改变，满足了微粒在声场中的操控性能。3、本专利技术提出的基于凹面超声阵列的无容器悬浮控制装置可将电源模块、控制模块及阵元驱动模块集成在一起，进而大大减小了该悬浮控制装置的体积；4、本专利技术提出的基于凹面超声阵列的无容器悬浮控制装置能够稳定的悬浮多个微粒，并能控制它们的直线运动。附图说明此处所说明的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，构成本申请的一部分，本专利技术示意性实施例及其说明用于理解本专利技术，并不构成本专利技术的不当限定，在附图中：图1为本专利技术实施例中基于凹面超声阵列的无容器本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于凹面超声阵列的无容器悬浮控制装置，其特征在于，包括：电源模块、控制模块、阵元驱动模块及超声波相控阵列模块，所述电源模块的电源输出端与控制模块及阵元驱动模块的电源输入端连接，电源模块用于向控制模块及阵元驱动模块输出驱动电压，以便驱动控制模块及阵元驱动模块；所述控制模块的信号输出端与阵元驱动模块的信号输入端相连，控制模块用于生成脉冲宽度调制信号，该脉冲宽度调制信号作为超声振动单元的原始激励信号；所述阵元驱动模块用于接收控制模块发出的脉冲宽度调制信号，并将其放大后发送给超声波相控阵列模块，以便超声波相控阵列模块中的超声振动单元满足启动电压，从而产生驻波声场；所述超声波相控阵列模块包括上凹球面壳体、下凹球面壳体、支撑架及超声振动单元，上凹球面壳体及下凹球面壳体呈正对平行布置且通过支撑架固定连接，上凹球面壳体及下凹球面壳体的凹面上均设置有超声振动单元；所述超声振动单元由三圈超声换能器构成，位于上凹球面壳体的所有超声换能器的输入引脚串联在一起形成第一路信号输入端，输出引脚串联在一起形成第二路信号输入端，位于下凹球面壳体的所有超声换能器的输入引脚串联在一起形成第三路信号输入端，输出引脚串联在一起形成第四路信号输入端。...

【技术特征摘要】
1.基于凹面超声阵列的无容器悬浮控制装置，其特征在于，包括：电源模块、控制模块、阵元驱动模块及超声波相控阵列模块，所述电源模块的电源输出端与控制模块及阵元驱动模块的电源输入端连接，电源模块用于向控制模块及阵元驱动模块输出驱动电压，以便驱动控制模块及阵元驱动模块；所述控制模块的信号输出端与阵元驱动模块的信号输入端相连，控制模块用于生成脉冲宽度调制信号，该脉冲宽度调制信号作为超声振动单元的原始激励信号；所述阵元驱动模块用于接收控制模块发出的脉冲宽度调制信号，并将其放大后发送给超声波相控阵列模块，以便超声波相控阵列模块中的超声振动单元满足启动电压，从而产生驻波声场；所述超声波相控阵列模块包括上凹球面壳体、下凹球面壳体、支撑架及超声振动单元，上凹球面壳体及下凹球面壳体呈正对平行布置且通过支撑架固定连接，上凹球面壳体及下凹球面壳体的凹面上均设置有超声振动单元；所述超声振动单元由三圈超声换能器构成，位于上凹球面壳体的所有超声换能器的输入引脚串联在一起形成第一路信号输入端，输出引脚串联在一起形成第二路信号输入端，位于下凹球面壳体的所有超声换能器的输入引脚串联在一起形成第三路信号输入端，输出引脚串联在一起形成第四路信号输入端。2.根据权利要求1所述的基于凹面超声阵列的无容器悬浮控制装置，其特征在于，三圈超声换能器中最内圈布置有6个超声换能器，中间圈布置有12个超声换能器，最外圈布置有18个超声换能器。3.根据权利要求1或2所述的基于凹面超声阵列的无容器悬浮控制装置，其特征在于，所述超声换能器的型号为MA40S4S。4.根据权利要求3所述的基于凹面超声阵列的无容器悬浮控制装置，其特征在于，所述电源模块包括直流稳压电路和降压稳压电路；直流稳压电路包括变压器、四只整流二极管1N4007构成的桥式整流电路、电解电容C1、电解电容C2及线性稳压器LM78H12，变压器用于将幅值为220V的正弦波交流电降至幅值为14V的正弦波交流电，桥式整流电路的输入端与变压器的输出端连接，桥式整流电路的输出端与线性稳压器LM78H12连接；所述电解电容C1与桥式整流电路并联，同时电解电容C1的正极与线性稳压器LM78H12的输入端通过电线连接；所述电解电容C2的正极与线性稳压器LM78H12的输出端通过电线连接，电解电容C2的负极与线性稳压器LM78H12的GND引脚通过电线连接；所述线性稳压器LM78H12用于输出幅值为12V的直流电压；降压稳压电路包括正12V转正5V转换电路及滤波电路，正12V转正5V转换电路包括三端集成稳压芯片LM7805、陶瓷电容C3及保护二极管D2，陶瓷电容C3的一端与三端集成稳压芯片LM7805的电压输入端通过电线相连，陶瓷电容C3的另一端与三端集成稳压芯片LM7805的GND引脚通过电线相连；三端集成稳压芯片LM7805的电压输出端与保护二极管D2的正向输入...

【专利技术属性】
技术研发人员：李新波，贾云龙，王英伟，王宇坤，刘国君，吴越，于晓辉，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：吉林,22