一种声镊的生成方法及生成系统技术方案

本申请公开了一种声镊的生成方法及生成系统，其中，在所述声镊的生成方法中，可根据需求，确定声阱刚度满足需求的多个操控声场，并反向确定所述操控声场对应的换能器阵元的发射相位，之后根据各个换能器阵元的发射相位控制所述换能器阵元工作，依次生成所述操控声场序列中的操控声场，实现对换能器阵元的分时复用，形成综合声场控制目标微粒，由于综合声场是由时序上依次排列的多个操控声场形成的，可叠加不同操控生成类型或不同声场参数的操控声场在不同方向的限制能力优势，提高综合声场的限制能力、稳定性以及抗干扰强度。稳定性以及抗干扰强度。稳定性以及抗干扰强度。

【技术实现步骤摘要】
一种声镊的生成方法及生成系统


[0001]本申请涉及声学
，更具体地说，涉及一种声镊的生成方法及生成系统。

技术介绍

[0002]声镊，又可称为微型声学镊子(Acoustical Tweezers)，是利用声波的力学效应对微小物体进行非接触操控的技术。
[0003]现有的声镊操控技术大多可以实现对空气中的微粒的操控，声镊在活体等复杂环境中应用的研究较少，在活体等复杂环境中利用声镊进行微粒控制需要提高声镊的限制能力，现有技术中的声镊生成的操控技术生成的声镊的限制能力难以满足在复杂环境中应用声镊的限制能力、稳定性和抗干扰强度的要求。

技术实现思路

[0004]为解决上述技术问题，本申请提供了一种声镊的生成方法及生成系统，以解决现有技术中的声镊生成方法生成的声镊的限制能力、稳定性和抗干扰强度较差的问题。
[0005]为实现上述技术目的，本申请实施例提供了如下技术方案：
[0006]一种声镊的生成方法，基于换能器模块实现，所述换能器模块包括至少一个换能器阵列，每个所述换能器阵列包括多个阵列排布的换能器阵元，所述声镊的生成方法包括：
[0007]确定在时域上依次排列的多个操控声场，以确定操控声场序列；所述多个操控声场中至少包括两个所述操控声场的声场类型不同或声场参数不同；
[0008]基于迭代反向传播算法，确定所述操控声场序列中每个所述操控声场对应的换能器阵元的发射相位；
[0009]根据与所述操控声场序列中每个所述操控声场对应的换能器阵元的发射相位控制所述换能器阵元工作，依次生成所述操控声场序列中的操控声场，以形成综合声场控制目标微粒。
[0010]可选的，所述基于迭代反向传播算法，确定所述操控声场序列中每个所述操控声场对应的换能器阵元的发射相位包括：
[0011]根据所述操控声场的类型，确定预设控制焦点和所述预设控制焦点的信息向量；
[0012]获取所述换能器模块中的换能器阵元的位置信息和所述换能器阵元的声源模型信息，并根据所述预设控制焦点、所述换能器阵元的位置信息和所述换能器阵元的声源模型信息，确定所述预设控制焦点与所述换能器模块中的各个换能器阵元的传播系数；
[0013]根据所述预设控制焦点与所述换能器模块中的各个换能器阵元的传播系数，生成传播系数矩阵；
[0014]根据所述传播系数矩阵和所述预设控制焦点的信息向量，确定每个所述换能器阵元的发射相位。
[0015]可选的，所述根据所述预设控制焦点、所述换能器阵元的位置信息和所述换能器阵元的声源模型信息，确定所述预设控制焦点与所述换能器模块中的各个换能器阵元的传
播系数包括：
[0016]当所述换能器阵元的声源模型信息为活塞式声源模型时，将所述预设控制焦点和所述换能器阵元的位置信息代入第一预设公式，以计算获得所述预设控制焦点与所述换能器阵元的传播系数；
[0017]当所述换能器阵元的声源模型信息为点声源模型时，将所述预设控制焦点和所述换能器阵元的位置信息代入第二预设公式，以计算获得所述预设控制焦点与所述换能器阵元的传播系数；
[0018]所述第一预设公式包括：其中k为所述换能器阵元的波数，a为所述换能器阵元的活塞半径，J1为一阶贝塞尔函数，|r
i
‑
r
j
|表示由预设控制焦点j到所述换能器阵元i的线性距离，θ
ij
为预设控制焦点j和所述换能器阵元i连线的仰角偏转；
[0019]所述第二预设公式包括：其中，|r
i
‑
r
j
|表示由预设控制焦点j到所述换能器阵元i的线性距离，θ
ij
为预设控制焦点j和所述换能器阵元i连线的仰角偏转。
[0020]可选的，所述根据所述传播系数矩阵和所述预设控制焦点的信息向量，确定每个所述换能器阵元的发射相位包括：
[0021]将所述传播系数矩阵和所述预设控制焦点的信息向量代入第三预设公式中，以计算获得所述换能器阵元的发射相位；
[0022]所述第三预设公式包括：其中，表示所述换能器阵元的发射相位，H
ij
表示所述传播系数矩阵，n
j
表示所述预设控制焦点的信息向量，所述信息向量包括所述预设控制焦点的相位和权重，Im()表示实部，Re()表示虚部。
[0023]可选的，所述声场类型至少包括双声阱、涡旋声阱和局部空心声阱，所述声场参数至少包括操控声场的占空比、幅值和频率。
[0024]可选的，还包括：
[0025]获取所述目标微粒的运动状态以及所述目标微粒所处环境的环境参数，根据所述运动状态以及所述环境参数调整所述操控声场序列，并返回基于迭代反向传播算法，确定所述操控声场序列中每个所述操控声场对应的换能器阵元的发射相位的步骤。
[0026]一种声镊的生成系统，包括：换能器模块和信号发射模块；其中，
[0027]所述换能器模块包括至少一个换能器阵列，每个所述换能器阵列包括多个阵列排布的换能器阵元；
[0028]所述信号发射模块用于，基于迭代反向传播算法，确定操控声场序列中每个所述操控声场对应的换能器阵元的发射相位；所述操控声场序列包括在时域上依次排列的多个操控声场；所述多个操控声场中至少包括两个所述操控声场的声场类型不同或声场参数不同；
[0029]根据与所述操控声场序列中每个所述操控声场对应的换能器阵元的发射相位控制所述换能器阵元工作，依次生成所述操控声场序列中的操控声场，以形成综合声场控制
目标微粒。
[0030]可选的，所述信号发射模块基于迭代反向传播算法，确定所述操控声场序列中每个所述操控声场对应的换能器阵元的发射相位的过程具体包括：
[0031]根据所述操控声场的类型，确定预设控制焦点和所述预设控制焦点的信息向量；
[0032]获取所述换能器模块中的换能器阵元的位置信息和所述换能器阵元的声源模型信息，并根据所述预设控制焦点、所述换能器阵元的位置信息和所述换能器阵元的声源模型信息，确定所述预设控制焦点与所述换能器模块中的各个换能器阵元的传播系数；
[0033]根据所述预设控制焦点与所述换能器模块中的各个换能器阵元的传播系数，生成传播系数矩阵；
[0034]根据所述传播系数矩阵和所述预设控制焦点的信息向量，确定每个所述换能器阵元的发射相位。
[0035]可选的，所述信号发射模块根据所述预设控制焦点、所述换能器阵元的位置信息和所述换能器阵元的声源模型信息，确定所述预设控制焦点与所述换能器模块中的各个换能器阵元的传播系数的过程具体包括：
[0036]当所述换能器阵元的声源模型信息为活塞式声源模型时，将所述预设控制焦点和所述换能器阵元的位置信息代入第一预设公式，以计算获得所述预设控制焦点与所述换能器阵元的传播系数；
[0037]当所述换能器阵元的声源模型信息为点声源模型时，将所述预设控制焦点和所述换能器阵元的位置信息代本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种声镊的生成方法，其特征在于，基于换能器模块实现，所述换能器模块包括至少一个换能器阵列，每个所述换能器阵列包括多个阵列排布的换能器阵元，所述声镊的生成方法包括：确定在时域上依次排列的多个操控声场，以确定操控声场序列；所述多个操控声场中至少包括两个所述操控声场的声场类型不同或声场参数不同；基于迭代反向传播算法，确定所述操控声场序列中每个所述操控声场对应的换能器阵元的发射相位；根据与所述操控声场序列中每个所述操控声场对应的换能器阵元的发射相位控制所述换能器阵元工作，依次生成所述操控声场序列中的操控声场，以形成综合声场控制目标微粒。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于迭代反向传播算法，确定所述操控声场序列中每个所述操控声场对应的换能器阵元的发射相位包括：根据所述操控声场的类型，确定预设控制焦点和所述预设控制焦点的信息向量；获取所述换能器模块中的换能器阵元的位置信息和所述换能器阵元的声源模型信息，并根据所述预设控制焦点、所述换能器阵元的位置信息和所述换能器阵元的声源模型信息，确定所述预设控制焦点与所述换能器模块中的各个换能器阵元的传播系数；根据所述预设控制焦点与所述换能器模块中的各个换能器阵元的传播系数，生成传播系数矩阵；根据所述传播系数矩阵和所述预设控制焦点的信息向量，确定每个所述换能器阵元的发射相位。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述预设控制焦点、所述换能器阵元的位置信息和所述换能器阵元的声源模型信息，确定所述预设控制焦点与所述换能器模块中的各个换能器阵元的传播系数包括：当所述换能器阵元的声源模型信息为活塞式声源模型时，将所述预设控制焦点和所述换能器阵元的位置信息代入第一预设公式，以计算获得所述预设控制焦点与所述换能器阵元的传播系数；当所述换能器阵元的声源模型信息为点声源模型时，将所述预设控制焦点和所述换能器阵元的位置信息代入第二预设公式，以计算获得所述预设控制焦点与所述换能器阵元的传播系数；所述第一预设公式包括：其中k为所述换能器阵元的波数，a为所述换能器阵元的活塞半径，J1为一阶贝塞尔函数，|r
i
‑
r
j
|表示由预设控制焦点j到所述换能器阵元i的线性距离，θ
ij
为预设控制焦点j和所述换能器阵元i连线的仰角偏转；所述第二预设公式包括：其中，|r
i
‑
r
j
|表示由预设控制焦点j到所述换能器阵元i的线性距离，θ
ij
为预设控制焦点j和所述换能器阵元i连线的仰角偏转。4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述传播系数矩阵和所述预设控
制焦点的信息向量，确定每个所述换能器阵元的发射相位包括：将所述传播系数矩阵和所述预设控制焦点的信息向量代入第三预设公式中，以计算获得所述换能器阵元的发射相位；所述第三预设公式包括：其中，表示所述换能器阵元的发射相位，H
ij
表示所述传播系数矩阵，n
j
表示所述预设控制焦点的信息向量，所述信息向量包括所述预设控制焦点的相位和权重，Im()表示实部，Re()表示虚部。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述声场类型至少包括双声阱、涡旋声阱和局部空心声阱，所述声场参数至少包括操控声场的占空比、幅值和频率。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：获取所述目标微粒的运动状态以及所述目标微粒所处环境的环境参数，根据所述运动状态以及所述环境参数调整所述操控声场序列，并返回基于迭代反向传播算法，确定所述操控声场序列中每个所述操控声场对应的换能器阵元的发射相位的步骤。7.一种声镊的生成系统，...

【专利技术属性】
技术研发人员：马腾，胡颀，王丛知，肖杨，郑海荣，
申请(专利权)人：深圳先进技术研究院，
类型：发明
国别省市：