CN109516218A - 一种低反射率的超声相控阵 - Google Patents

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尹德尧
吴迪
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    • B65—CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
    • B65G—TRANSPORT OR STORAGE DEVICES, e.g. CONVEYORS FOR LOADING OR TIPPING, SHOP CONVEYOR SYSTEMS OR PNEUMATIC TUBE CONVEYORS
    • B65G54/00—Non-mechanical conveyors not otherwise provided for

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Abstract

本发明公开了一种低反射率的超声相控阵，包括阵元、阵元支架、控制电路。所述的阵元为超声换能器或者超声探头晶片，所述的阵元支架为镂空结构。所述的阵元固定在所述的阵元支架上，并与所述的控制电路相连接。所述的阵元支架要尽可能镂空，仅保留阵元的安装处、安装位置之间的连接处、和阵元支架的边缘。本发明大大降低了超声相控阵的反射率，使得超声相控阵在应用于声悬浮时，出射波可以几乎不受反射波影响，显著提升了装置的悬浮能力和运输的稳定性。

Description

一种低反射率的超声相控阵
技术领域
本发明属于超声驻波悬浮领域，涉及一种低反射率的超声相控阵。
背景技术
超声相控阵在工业探伤、医学检查等领域都有十分广泛的应用。近年来，超声相控阵又被用于声悬浮等领域。目前，通过超声相控阵产生的特定声场可以使颗粒悬浮，并且可以在一定范围内对颗粒进行移动与运输。
利用超声相控阵进行声悬浮的方式大致有两种。其一是利用相位延时，实现声聚焦，在声波的焦点处可以悬浮颗粒，改变相位，焦点的位置也就随之改变，从而达到运输颗粒的目的。其二是将超声相控阵中所有的阵元相位设为一致，利用超声相控阵发出的平面波叠加形成驻波，然后利用驻波声场对颗粒进行悬浮和运输。
第一种方法为了提升悬浮颗粒的密度和数量，通常会采用两个超声相控阵相对来共同实现声波的聚焦；第二种方法要想对颗粒进行移动，只能将两个超声相控阵相对放置，利用他们之间的相位差来移动颗粒。在两个超声相控阵相对放置时，其中一个阵列发出的声波会在另一个阵列上产生反射，反射波会与另一个阵列的出射波相互叠加，叠加会明显改变出射波原有的振幅。经过仿真和实验，这种效应会有至少两个明显的不利影响。其一是在改变相位来对颗粒进行运输时，某些相位下反射波与出射波相互抵消，而某些相位下有会增强出射波，这导致声辐射力出现大幅度的波动，以至于严重影响了颗粒的稳定运输。其二，在整个运输过程中的声辐射力的最小值，是要小于无反射时的声辐射力的，这也就意味着整个装置能运输的颗粒的密度要低于无反射的情形。总之，在将超声相控阵用于声悬浮时，阵列对声波的反射会使悬浮和运输的效果明显变差。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种低反射率的超声相控阵，利用超声相控阵对颗粒进行悬浮和运输时，声辐射力更强更稳定，运输也会更平稳。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：
一种低反射率的超声相控阵，包括阵元、阵元支架、控制电路。所述的阵元为超声换能器或者超声探头晶片，所述的阵元支架为镂空结构。所述的阵元固定在所述的阵元支架上，并与所述的控制电路相连接。
作为优选，所述的阵元支架要尽可能镂空，仅保留阵元的安装处(简称为安装处)、安装位置之间的连接处(后简称为连接处)、和阵元支架的边缘。
作为优选，所述的阵元支架采用平面或者曲面，若为平面，可以为圆形或者方形。
作为优选，所述的阵元支架中，连接处的宽度要小于1mm。
作为优选，所述的阵元支架中，安装处的厚度要大于3mm，增加厚度可以弥补因连接处过细导致的支架强度下降，而且，增加厚度不会增加反射率。
作为优选，所述的阵元支架的边缘宽度要大于5mm，边缘增加宽度可以增强支架强度，但几乎不会增加反射率。
作为优选，所述的阵元支架中，连接处和边缘的厚度要大于安装处，具体的要求是，要使得它们的上表面恰好低于阵元上表面四分之一波长。根据计算，阵元支架的连接处和边缘的上表面低于阵元上表面四分之一波长时，阵列的反射率会比其他情况更低。根据所用阵元发出声波波长的不同，连接处和边缘的上表面与阵元上表面之间的高度差也会不同。
作为优选，所述的阵元在与所述的控制电路进行连接时，连接的电线固定在阵元支架的连接处的背面，或者直接印刷在背面，以防增加反射率。
通过上述技术方案，本发明的有益效果是：
大大降低了超声相控阵的反射率，使得超声相控阵在应用于声悬浮时，出射波可以几乎不受反射波影响，显著提升了装置的悬浮能力和运输的稳定性。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图。
图2为本发明的整体结构侧视图。
图3为本发明的阵元支架的结构示意图。
图4为利用本发明的阵元支架的侧视图。
图5为利用本发明搭建的一种装置的示意图。
图中：1为阵元支架的安装处，2为阵元支架的连接处，3为阵元支架的边缘，4为阵元。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明，本发明包括但不仅限于下述实施例。
具体实施方式一：
如图1-4所示，阵元4安装在阵元支架的安装处1上，多个安装处1由多个连接处2相连。阵元安装后与控制电路相连(图中未画出)。如图4，连接处与边缘的上表面低于换能器上表面四分之一波长。如图5，将两个本专利所述的低反射率的超声相控阵相对放置，控制电路使得两个超声相控阵的不同阵元之间具有合理的相位延时，从而将声波聚焦于一点。使用时，将颗粒放在焦点上，可以观察到颗粒悬浮在焦点上。合理地改变相位延时，可以使得焦点移动，从而实现了对于颗粒的运输。因为两个超声相控阵的反射率很低，所以反射波非常弱，对于出射波几乎没有影响，因此声辐射力十分稳定，悬浮颗粒的能力也要比其他的超声相控阵强。
具体实施方式二；
如图1-4所示，阵元4安装在阵元支架的安装处1上，多个安装处1由多个连接处2相连。阵元安装后与控制电路相连(图中未画出)。如图4，连接处与边缘的上表面低于换能器上表面四分之一波长。如图5，将两个本专利所述的低反射率的超声相控阵相对放置。与具体实施方式一不同的是，控制电路使同一个超声相控阵上所有的阵元都发出同相位的波。这种情况下，相对的两个阵列发出的波叠加形成驻波。驻波波节有很多个，在多个驻波波节处放置颗粒，可以看到颗粒稳定悬浮在这些波节的位置。通过改变相对两个超声相控阵整体的相位差，可以使得所有的波节位置产生移动，从而实现了对于颗粒的运输。普通的超声相控阵反射十分严重，在进行相似的实验时，至少需要9V的电压才能实现悬浮，如果想要稳定运输，电压需要更高。在本具体实施方式中，根据计算，本发明所提供的超声相控阵减少了至少75％的反射，而且根据实验，所需要的最低电压也相应下降了2V。

Claims (8)

1.一种低反射率的超声相控阵，包括阵元、阵元支架、控制电路，其特征在于：所述的阵元为超声换能器或者超声探头晶片，所述的阵元支架为镂空结构，所述的阵元固定在所述的阵元支架上，并与所述的控制电路相连接。
2.根据权利要求1所述的一种低反射率的超声相控阵，其特征在于，所述的阵元支架要尽可能镂空，即仅保留阵元的安装处(简称为安装处)、安装位置之间的连接处(后简称为连接处)、和阵元支架的边缘。
3.根据权利要求1所述的一种低反射率的超声相控阵，其特征在于，所述的阵元支架的形状为平面或者曲面。
4.根据权利要求2所述的一种低反射率的超声相控阵，其特征在于，所述的阵元支架的连接处的宽度要小于1mm。
5.根据权利要求2所述的一种低反射率的超声相控阵，其特征在于，所述的阵元支架的安装处的厚度要大于3mm。
6.根据权利要求2所述的一种低反射率的超声相控阵，其特征在于，所述的阵元支架的边缘的宽度要大于5mm。
7.根据权利要求2所述的一种低反射率的超声相控阵，其特征在于，所述的阵元支架中，连接处和边缘的上表面要低于阵元上表面四分之一波长。
8.根据权利要求1所述的一种低反射率的超声相控阵，其特征在于，所述的阵元在与所述的控制电路进行连接时，连接的电线固定在阵元支架的连接处的背面，或者直接印刷在背面。
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