一种基于激励相位差调制超声传输换向控制方法技术

本发明专利技术涉及超声驻波/行波悬浮传输领域，更具体的说是一种基于激励相位差调制超声传输换向控制方法，步骤一：对换能器和换能器分别施加幅值和频率相同，但存在相位差θ的两路激励信号；步骤二：分析振动弹性体的振动位移，得到振动弹性体的最大振幅和最小振幅，获得在

【技术实现步骤摘要】
一种基于激励相位差调制超声传输换向控制方法
本专利技术涉及超声驻波/行波悬浮传输领域，更具体的说是一种基于激励相位差调制超声传输换向控制方法。
技术介绍
超声悬浮传输目前研究分为两种，一种是利用超声驻波悬浮进行传输，利用驻波将物体悬浮在声压节点；另一种是通过近声场悬浮进行传输。但是驻波悬浮传输的速度慢，而近声场悬浮传输的悬浮能力很弱，为了克服这两种传输方法上的缺陷，目前的研究方向则是施加两路同频同幅值的激励信号，使得行波和驻波同时存在，这样提高传输的速度，也能增强悬浮能力。通过调节两路激励信号的相位差，不仅可以调节行波和驻波成分比值，还能够控制传输速度和传输方向；例如公开号CN111332803A专利—一种适用于超声长距离悬浮传输的驻波比调节方法，它具体阐述了超声悬浮装置的组成，并且详细说明了形成纯行波的激励信号相位差的求解公式，并且给出驻波比的理论公式，还进行一系列实验验证；公开号CN111332803A中提供了确定该类装置中振动驻波和行波成分的理论依据，但是没有进行波传播方向的探讨；综上现有技术中还不能实现纯行波驱动或驻波行本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于激励相位差调制超声传输换向控制方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：/n步骤一：对换能器(3-1)和换能器(3-2)分别施加幅值和频率相同，但存在相位差θ的两路激励信号；/n步骤二：分析振动弹性体(5)的振动位移，设振动弹性体两个支撑点距离等效的空间相位差为

【技术特征摘要】
1.一种基于激励相位差调制超声传输换向控制方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
步骤一：对换能器(3-1)和换能器(3-2)分别施加幅值和频率相同，但存在相位差θ的两路激励信号；
步骤二：分析振动弹性体(5)的振动位移，设振动弹性体两个支撑点距离等效的空间相位差为得到振动弹性体的最大振幅和最小振幅求解获得在恒定的情况下，形成纯行波θ值的理论公式；
步骤三：改变两路激励信号的相位差θ，激光测振仪(6)对整个弹性振动体(5)辐射面进行振动扫描实验，得到振动弹性体上各点振幅相等时的激励信号相位差θ，由步骤二中得到的θ和的数学关系，求出当前装置对应的空间几何相位差
步骤四：在支撑板长形成的空间相位差确定之后，通过给定激励信号相位差θ在不同的区间，控制超声沿着不同方向传播。


2.根据权利要求1所述的一种基于激励相位差调制超声传输换向控制方法，其特征在于：所述激励信号为超声悬浮驱动装置工作在所要求的纵向振动模式下的机械谐振频率。


3.根据权利要求2所述的一种基于激励相位差调制超声传输换向控制方法，其特征在于：所述超声悬浮驱动装置包括换能器(3-1)、换能器(3-2)、弹性振动体(5)和激光测振仪(6)，换能器(3-1)和换能器(3-2)的振动输出端之间可拆卸固定连接有弹性振动体(5)，激光测振仪(6)对整个弹性振动体(5)辐射面进行振速扫描实验。


4.根据权利要求3所述的一种基于激励相位差调制超声传输换向控制方法，其特征在于：在有限元仿真软件中确定超声悬浮传输装置的动力学模型，对超声悬浮传输装置模型进行模态仿真分析，得到超声悬浮传输装置中换能器(3-1)和换能器(3-2)工作在纵向振动模式下的机械谐振频率。


5.根据权利要求1所述的一种基于激励相位差调制超声传输换向控制方法，其特征在于：两路激励信号为分别施加在换能器(3-1)和换能器(3-2)上的高频脉冲功率信号，该激励信号由频率、相位和幅值可调节的超声波电源提供。


6.根据权利要求1所述的一种基于激励相位差调制超声传输换向控制方法，其特征在于：纯行波状态下，时间相位差θ与空间相位差的关系推导过程如下：
弹性振动体(5)上任意一个位于x处的质点在任意时刻t沿着z方向的振动位移为：
f(x，t)＝cosωtcoskx+cos(ωt+θ)cos[k(L-x)](1)
式(1)中ω为换能器(3-1)和换能器(3-2)的激振信号的频率，k为振动弹性体上的波数，θ为换能器(3-1)和换能器(3-2)的激励信号的时间上的相位差，L为振动弹性体上两个换能器的支撑点之间的距离；令则可以理解为由于弹性振动体(5)的支撑长度L而产生的振动在空间上的相位差，则式(1)可以表示为如下形式：



为了求得弹性振动体(5)上的最大振动位移和最小振动位移，需要求解二元函数f(x，t)的极值，由于原函数连续并且极值一定存在，只需满足和即可，这里首先求：
对应得到在弹性振动体(5)任意位置x处的振动位移取得极值的时刻，并且令时间为t0，然后将t0代入公式(2)就可以得到在t0时刻下任意位置x处振动方程：



其中是空间相位差(在0～2π之间变化，通过改变振动弹体L来改变)，其中θ是激励信号相位差(θ在0～2π之间变化，通过调节两路信号的相位差来改变θ；
式(4)是在t0时刻振动弹体上任意位置x处的振幅公式，现在寻找位置极值，可由式(4)直接分析得：
1)当时，这说明只要满足时刻t0，振动弹体任意位置都满足极值条件，这说明振动弹体任意x位...

【专利技术属性】
技术研发人员：董惠娟，李谋，赵杰，穆冠宇，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23