声镊装置及声镊控制系统制造方法及图纸

本申请提供一种声镊装置及声镊控制系统，该声镊装置包括驱动控制板，驱动控制板上设置有电极触点阵列，电极触点阵列包括若干电极触点；各向异性导电膜，设置于电极触点阵列上；超声换能器，设置于各向异性导电膜上。本申请的声镊装置，驱动控制板的电极触点阵列与超声换能器的超声波阵元的电极单元之间通过各向异性导电膜实现电连接，这种连接方式不仅安装更换方便，便于维护和更新，还能避免在超声换能器上进行电极焊接引线，从而使超声换能器上超声波阵元之间的间距更小，实现更高的阵列密度，更高空间分辨率。并且本申请的声镊装置，利用FPGA芯片支持实时操作的特性来实现实时声场调控，具有很高的实时性，能够更好进行动态视觉伺服微粒操控。视觉伺服微粒操控。视觉伺服微粒操控。

【技术实现步骤摘要】
声镊装置及声镊控制系统


[0001]本申请涉及声镊
，特别是涉及一种声镊装置及声镊控制系统。

技术介绍

[0002]近些年，随着生命科学的迅猛发展，与生命科学研究相关的
受到人们的广泛关注，因此非接触式操控微纳物体的技术得到长足发展，主要有光镊、光镊、磁镊、电镊和声镊等技术，四者的共同点就在于它们在对目标产生作用时，其发生作用的载体分别是光波、电磁波、高压静电场及声波，因此可以与目标不发生机械接触，从而不会导致目标的机械损伤。这些技术做为微操控、微力测量的工具，在微观世界的研究做出了重大贡献。
[0003]和光镊、磁控技术相比，超声声镊具备无需添加磁性颗粒、非侵入及良好的生物相容性、比光波更大的辐射力(高出5个数量级)和更强的透力、可操控毫米和厘米尺度的微粒、可穿过非透明介质、比光镊更加经济、消耗能量少等优势，使其在生物医学领域具有非常大应用潜力，尤其适合生物体内药物等操作。
[0004]目前超声声镊存在的不足或者需要解决的技术问题主要有：(1)目前动态全息声镊的实时操控性和人机交互性不够好，实用性不够好，距离商用化还有一定距离；(2)对于动态微粒，目前声镊不能较好地实现声场的精准伺服控制；(3)目前的声镊系统中，超声换能器的阵元与驱动控制板之间通过焊接方式连接，这就需要在超声换能器上设置电极焊接引线，这限制了超声换能器的小型化。

技术实现思路

[0005]鉴于以上所述现有技术中的问题，本申请的目的在于提供一种声镊装置及声镊控制系统，以解决上述现有技术中存在的问题。
>[0006]为实现上述目的及其它相关目的，本申请提供一种声镊装置，包括：
[0007]驱动控制板，所述驱动控制板上设置有电极触点阵列，所述电极触点阵列包括若干电极触点；
[0008]各向异性导电膜，设置于所述电极触点阵列上；
[0009]超声换能器，设置于所述各向异性导电膜上；
[0010]所述超声换能器包括阵列排布的若干超声波阵元，每个所述超声波阵元的电极单元分别与一个所述电极触点的位置相对，每个所述超声波阵元的电极单元分别与一个所述电极触点通过所述各向异性导电膜电连接。
[0011]在本申请的一可选实施例中，所述超声换能器包括压电片，具有相对设置的第一表面和第二表面；
[0012]第一电极层，设置于所述压电片的第一表面上，所述第一电极层包括多个独立的所述电极单元，多个所述电极单元以阵列方式间隔排布，每个所述电极单元对应一个所述超声波阵元；
[0013]第二电极层，所述第二电极层设置于所述压电片的第二表面；
[0014]声阻抗匹配层，设置于所述第二电极层的远离所述压电片的表面。
[0015]在本申请的一可选实施例中，在所述第一电极层中，所述电极单元的阵列密度大于11个/cm2。
[0016]在本申请的一可选实施例中，在所述第一电极层中，多个所述电极单元以矩形阵列间隔排布，相邻两个所述电极单元的间隙介于超声波传播介质中声波波长的1/4到1/2。
[0017]在本申请的一可选实施例中，所述电极单元为正方形，所述压电片的厚度与所述电极单元的边长的比值介于0.8
‑
1.2之间。
[0018]在本申请的一可选实施例中，所述驱动控制板包括驱动电路板和至少一个FPGA控制板，所述FPGA控制板与所述驱动电路板之间通过接插件电连接；所述电极触点阵列设置于所述驱动电路板上。
[0019]在本申请的一可选实施例中，所述驱动电路板包括电平转换器，所述电平转换器通过所述接插件与所述FPGA控制板电连接，所述电平转换器分别与所述电极触点阵列的各电极触点电连接。
[0020]在本申请的一可选实施例中，所述FPGA控制板包括CAN接线端子、CAN电平转换收发器以及FPGA芯片；所述CAN电平转换收发器分别与所述CAN接线端子及所述FPGA芯片连接，所述FPGA芯片通过所述接插件与所述电平转换器电连接；
[0021]所述CAN电平转换收发器被配置为通过所述CAN接线端子从CAN总线上接收差分信号，并将所述差分信号转换为数字信号发送给所述FPGA芯片；
[0022]所述FPGA芯片被配置为按照预设程序将所述数字信号转换为多路方波信号，并通过所述接插件发送给所述电平转换器。
[0023]在本申请的一可选实施例中，
[0024]为实现上述目的及其它相关目的，本申请还提供一种声镊控制系统，包括：
[0025]上述的声镊装置；
[0026]视觉单元，用于采集操控对象的视觉图像；以及
[0027]控制单元，所述控制单元分别与所述声镊装置及所述视觉单元连接，所述控制单元被配置为根据操控对象的视觉图像及操作指令生成声场相位全息图，以控制所述声镊装置产生声场。
[0028]在本申请的一可选实施例中，声镊控制系统还包括盛液箱，用于容置声波传播介质，所述声镊装置设置于所述盛液箱的声波传入面。
[0029]在本申请的一可选实施例中，所述控制单元与所述声镊装置通过CAN总线或USB线缆通讯连接。
[0030]在本申请的一可选实施例中，声镊控制系统还包括CAN收发器，所述控制单元与所述声镊装置通过所述CAN收发器连接。
[0031]在本申请的一可选实施例中，所述视觉单元包括视野相机、超声成像仪或X光成像仪。
[0032]在本申请的一可选实施例中，所述视野相机包括第一视野相机和第二视野相机，所述第一视野相机和所述第二视野相机的光轴相互垂直。
[0033]本申请的声镊装置包括超声换能器及驱动控制板，驱动控制板的电极触点阵列与超声换能器的超声波阵元的电极单元之间通过各向异性导电膜实现电连接，这种连接方式
不仅安装更换方便，便于维护和更新，还能避免在超声换能器上进行电极焊接引线，从而可以使超声换能器上不同超声波阵元之间的间距更小，实现更高的阵列密度，更高空间分辨率。
[0034]本申请的声镊装置，驱动控制板由驱动电路板与FPGA控制板构成，且FPGA控制板与驱动电路板之间通过接插件电连接，这种可拆卸的插接设计便于维护与更新，可以针对单一部件进行快速替换。
[0035]本申请的声镊装置相比于现有的超声阵列驱动器具有可以控制通道数多，成本低，结构简单的特点。
[0036]本申请的声镊控制系统，由于采用FPGA控制板，利用FPGA控制板支持实时操作的特性来实现实时声场调控，具有很高的实时性。
[0037]本申请的声镊控制系统，通过设置视觉单元，实现视觉伺服控制，通过实时改变声场来实现对目标进行捕获和操作。
附图说明
[0038]图1为本申请一实施例中超声换能器的立体结构示意图。
[0039]图2为本申请的一实施例中超声换能器的爆炸示意图。
[0040]图3为图2中的局部放大图。
[0041]图4为本申请一实施例中声镊控制系统的结构示意图。
[0042]图5为本申请一实施例中FPGA控制板的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种声镊装置，其特征在于，包括：驱动控制板，所述驱动控制板上设置有电极触点阵列，所述电极触点阵列包括若干电极触点；各向异性导电膜，设置于所述电极触点阵列上；超声换能器，设置于所述各向异性导电膜上；所述超声换能器包括阵列排布的若干超声波阵元，每个所述超声波阵元的电极单元分别与一个所述电极触点的位置相对，每个所述超声波阵元的电极单元分别与一个所述电极触点通过所述各向异性导电膜电连接。2.根据权利要求1所述的声镊装置，其特征在于，所述超声换能器包括压电片，具有相对设置的第一表面和第二表面；第一电极层，设置于所述压电片的第一表面上，所述第一电极层包括多个独立的所述电极单元，多个所述电极单元以阵列方式间隔排布，每个所述电极单元对应一个所述超声波阵元；第二电极层，所述第二电极层设置于所述压电片的第二表面；声阻抗匹配层，设置于所述第二电极层的远离所述压电片的表面。3.根据权利要求2所述的声镊装置，其特征在于，在所述第一电极层中，所述电极单元的阵列密度大于11个/cm2。4.根据权利要求1所述的声镊装置，其特征在于，所述驱动控制板包括驱动电路板和至少一个FPGA控制板，所述FPGA控制板与所述驱动电路板之间通过接插件电连接；所述电极触点阵列设置于所述驱动电路板上。5.根据权利要求4所述的声镊装置，其特征在于，所述驱动电路板包括电平转换器，所述电平转换器通过所述接插件与所述F PGA控制板电连接，所述电平转换器分别...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘松，
申请(专利权)人：上海科技大学，
类型：发明
国别省市：