CN112169729A - 一种基于空间傅里叶变换的声镊实现方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种基于空间傅里叶变换的声镊实现方法及系统，属于声学操控技术领域。针对现有技术中存在的单频驻波声镊中，不能在空间形成可任意定义的声辐射势阱分布，从而不能独立操控多个目标物体的不足问题，本发明提供一种基于空间傅里叶变换的声镊实现方法及系统，利用三角函数的正交性，将期望在空间域上形成的声辐射势分布分解为声辐射势在多个频率分量上的叠加，并由所得分量的幅度和相位确定用于驱动两个换能器的电信号；基于操控需求对声辐射势各频率分量进行调节，实现多个独立声辐射势阱的动态调整。克服现有单频驻波声镊无法对多个目标物体进行独立操控的不足，极大地提升声镊操控的灵活性。
Description
技术领域
本发明涉及声学操控技术领域，更具体地说，涉及一种基于空间傅里叶变换的声镊实现方法及系统。
背景技术
声镊技术是一种新型的非接触式操控技术，其主要原理是利用物体在声场中受到的声辐射力和声流等物理效应，对目标物体进行捕获、搬移和旋转等实时操控。工作在超声波频率(即20千赫兹以上)的声镊对物体进行空间操控时精度可达微米甚至更小尺度，因而在材料制备、生物分析、医学检测等领域有重要的应用前景。目前，声镊所依赖的技术路径主要分为两类：单波束方法和驻波场方法。
波束声镊技术主要通过传播的声束进行粒子的捕获及操控，例如1991年发表的论文提到利用一对聚焦换能器生成空间中的势阱，实现对橡胶颗粒以及青蛙卵的操控。马腾等人在2019年公开了一项名为《一对声镊装置及对微粒的操控方法》的发明专利(CN201911290838.8)，提出利用相控阵技术进行目标声势阱的合成，从而实现对空间中物体的动态操控。但是该方法需要数量较多的换能器单元以及较为复杂的多通道相位控制电路，成本和技术难度较高。
驻波声镊技术多应用于一维或二维声学操控，其实现的载体一般为超声体波换能器(如Conrtney等人Proc.R.Soc.A,2011,468(2138),337–360)和超声表面波换能器(如Ding等人，Proc.Natl.Acad.Sci.U.S.A.,2012,109(28),11105–11109)。此类声镊可基于一对声学换能器激发单频驻波场，通过调整波节和波腹的位置移动物体；也可通过两个或多个一维驻波场，实现更为复杂的二维操控。但该方法受限于单频驻波场的周期性，其声势阱的位置在空间上规则排列，对于多个目标物体不能实现独立操控。
中国发明专利《一种用于细胞排列与组装的六边形表面波声镊芯片》(CN111254076A)公开的声镊中，需使用六个叉指换能器以六边形排列，且必须产生相干的波束。该声镊可产生多种声场样式，基于干涉原理实现细胞的排列组装，无法实现任意可控的势阱分布。
中国发明专利《一种基于虚拟现实技术的声镊控制装置及方法》(CN110850985A)主要涉及一种用于控制声镊的装置，且基于涡旋声束形成声镊。
中国发明专利《一种声镊装置》(CN109939913A)公开了一种基于波导及波导表面共振结构的声镊，其可操控位置在波导制备完成后即已确定，无法灵活更改。
中国发明专利《微纳米尺度物体的超声操控系统》(CN102923646A)公开的声镊属于探针式，仅具备一个位于探针尖端的势阱。
综上所述，声镊的现有技术路径均存在着其固有的缺陷，如何基于较少通道的电路设备以及简单的声学器件实现空间势阱任意分布的声镊，是目前亟待解决的技术问题。
发明内容
1.要解决的技术问题
针对现有技术中存在的单频驻波声镊中，不能在空间形成可任意定义的声辐射势阱分布，从而不能独立操控多个目标物体的不足问题，本发明提供一种基于空间傅里叶变换的声镊实现方法及系统，基于较少通道的电路设备以及简单的声学器件实现空间势阱任意分布，可用于多目标物体的独立操控。
2.技术方案
本发明的目的通过以下技术方案实现。
一种基于空间傅里叶变换的声镊实现方法，基于两通道电路即可实现任意声势阱分布的声镊实现，将微流腔中期望在空间域上形成的声辐射势分布分解为声辐射势在多个频率分量上的叠加，并由所得分量的幅度和相位确定用于驱动两个换能器的电信号；对声辐射势各频率分量进行调节，实现多个独立声辐射势阱的动态调整。
更进一步的，包括以下步骤：
步骤S1：根据微流腔内待操控的物体确定待形成的声辐射势分布目标函数
其中，xm(m为整数，m＝1…M)是第m个目标物体的空间位置坐标，*表示卷积运算，f(x)是取值范围在-∞到∞的空间势阱基础目标函数，f(x)可为标准的数学函数如Sinc函数、冲激函数等；x是空间坐标，δ(x)表示定义在x＝0的冲激函数；
基础目标函数f(x)的能量集中在x＝0附近，且|f(x)|在x＝0处取极大值；例如f(x)可为Sinc函数、升余弦函数、冲激函数、高斯函数等标准数学函数，也可为空间形状与上述标准函数接近的自定义函数；
超声波由两个相对且平行放置的平面超声换能器发射，工作带宽位于f1和f2之间；左侧和右侧换能器分别标记为L和R，其空间位置分别为x＝-L0和x＝L0，其间为流体媒质；待操控物体位于x＝-l到l之间，l<L0；
步骤S2：根据声镊的工作频率计算频率数n，基于空间傅里叶变换，确定声场频率分量的幅度pn和相位
频率数n＝[4fl/c0]，其中[]表示对所得数字取整，f为工作频率，l为微流腔宽度，c0为流体媒质中声波沿x方向传播时的声速；
其中n为整数，|F(nπ/l)|和φ(nπ/l)分别为F(nπ/l)的幅度和相位，F(nπ/l)由f(x)经过空间傅里叶变换计算得到；
步骤S3：对声场频率分量的幅度pn和相位
分量进行时域合成，计算换能器发射的声信号SL(t)和SR(t)，
其中t为时间，根据声信号得到实际声辐射势分布函数
检验实际声辐射势分布函数
与声辐射势分布目标函数
的相关系数，所述相关系数不小于固定值；
步骤S4：结合换能器的电声转换系数产生驱动电信号，使换能器发射声信号SL(t)和SR(t)，实现对物体的捕捉或操控。
利用信号SL(t)/γL和SR(t)/γR分别激励换能器L和R，即可实现对目标物体的捕捉；其中γL和γR分别为L和R的电-声转换系数，可通过利用激光测振等公知方法测定。通过公式xm＝xm+Δm改变xm(m＝1…M)的值，其中，Δm<c0/2f2，根据步骤S2和S3的方法重新计算信号SL(t)和SR(t)并更新换能器驱动信号，则目标物体m将移动到新的xm处。根据实际需求，重复上述操作，即可实现对多个目标物体的独立动态操控。
更进一步的，步骤S3所述固定值为0.6。如
和
的相关系数小于0.6，则重新选择声辐射势分布目标函数公式中f(x)函数的形式，直至相关系数不小于0.6。相关系数表征目标函数与实际函数的关联，相关系数值越大越好，本发明对其最小值进行限定，保证计算准确性。
更进一步的，所述换能器工作频率f取值范围为f1<f<f2，频率f2在媒质中的声波波长λ2＝c0/f2小于待操控目标间最小距离的两倍，频率f1<0.8f2，微流腔宽度π/l<f1/10。
更进一步的，步骤S1中的卷积运算的计算式为：
其中τ为积分变量。
更进一步的，步骤S2中取整数部分的方法为向下取整、向上取整或四舍五入取整。
更进一步的，步骤S2中利用空间傅里叶变换计算F(nπ/l)的公式为：
其中j为单位纯虚数。
更进一步的，实际声辐射势分布函数
声辐射势分布目标函数
和声场频率分量的幅度pn计算公式中±号的选择由声对比因子Φ确定，Φ的计算公式为：
其中，ρ0、ρP、κ0和κP分别为媒质和目标物体的密度和可压缩系数，当Φ为正值时，上述公式中的±号选择负号，反之选择正号。
本发明基于空间傅里叶变换实现目标声辐射势分布的空间合成，声镊通过设置两个相对且平行放置的平面超声换能器通过驱动模块驱动发射超声波，两个换能器的工作带宽位于频率f1和f2之间，即可实现对物体的捕捉，根据实际需求，重复操作，即可实现对多个目标物体的独立动态操控。
一种基于空间傅里叶变换的声镊系统，其特征在于，使用所述的一种基于空间傅里叶变换的声镊实现方法，包括换能器、超声传播媒质和驱动模块，每个换能器均连接一个驱动模块，驱动模块驱动换能器发射超声波；在驱动模块的驱动下，两个换能器分别向超声传播媒质中发射沿+x和-x方向传播的超声波；
所述换能器为超声换能器，包括第一超声换能器和第二超声换能器，两个超声换能器平行放置在同一个平面，中间设置超声传播媒质。超声换能器可为压电陶瓷换能器、压电复合材料换能器、磁致伸缩换能器、叉指换能器、空气耦合换能器、电容式换能器。超声传播媒质可为任意的气体或液体，比如水或空气。
更进一步的，驱动模块包括信号发生装置和功率方法装置，在工作频率范围内，功率放大装置最低频率响应不低于最高频率响应的25％。两个超声换能器的工作带宽位于f1和f2之间，在该带宽内，换能器灵敏度不低于最高灵敏度的25％。
本发明基于一对相向放置的超声换能器设计宽带声镊系统，使用两通道电路即可得到任意声势阱分布的声镊实现，本发明系统仅需简单的声学器件，能实现对目标物体进行捕捉，并对其中任意指定物体进行独立、动态操控的目的。
3.有益效果
相比于现有技术，本发明的优点在于：
本发明基于空间傅里叶变换，克服现有单频驻波声镊无法对多个目标物体进行独立操控的不足，基于两通道电路即可得到任意声势阱分布的声镊实现，本发明系统仅需简单的声学器件，能实现对目标物体进行捕捉，并对其中任意指定物体进行独立、动态操控的目的。
本发明的方法利用三角函数的正交性，将期望在空间域上形成的声辐射势分布分解为声辐射势在多个频率分量上的叠加，并由所得分量的幅度和相位确定用于驱动两个换能器的电信号；基于操控需求对声辐射势各频率分量进行调节，实现多个独立声辐射势阱的动态调整，实现对多个空间目标物体进行独立、动态的操控。计算方法简单，实现成本低效果好，极大地提升声镊操控的灵活性。
附图说明
图1为本发明声镊实现方法的流程示意图；
图2为本发明声镊系统示意图；
图3为实施例1的粒子操控效果；
图4为实施例2的粒子操控效果；
图5为实施例3的粒子操控效果。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例；而且，各个实施例之间不是相对独立的，根据需要可以相互组合，从而达到更优的效果。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为进一步了解本发明的内容，结合附图和实施例对本发明作详细描述。
实施例1
一种基于空间傅里叶变换的声镊系统如图2所示，包括换能器、超声传播媒质和驱动模块；所述换能器为超声换能器，系统中两个超声换能器相对且平行放置，分为超声换能器L和超声换能器R，两个超声换能器的工作带宽位于f1和f2之间，要求在工作带宽内，超声换能器灵敏度不低于最高灵敏度的25％。超声传播媒质设置在两个超声换能器之间，超声传播媒质为流体，可为任意的气体或液体，如空气或水。
超声换能器可为不同的类型，包括并不限于压电陶瓷换能器、压电复合材料换能器、磁致伸缩换能器、叉指换能器、空气耦合换能器、电容式换能器。
驱动模块包括信号发生装置和功率放大装置，信号发生器与功率放大器连接，驱动超声换能器工作，在驱动模块的驱动下，超声换能器L和超声换能器R分别向超声传播媒质中发射沿+x和-x方向传播的超声波，每一个超声换能器均连接一个驱动模块。
本实施例驱动模块包括信号发生器和宽带射频功率放大器，作为本实施例的一种改进，也可以使用驱动电路实现超声换能器的驱动，如使用波形发生电路与宽带功率放大芯片。
如图1所述，一种基于空间傅里叶变换的声镊实现方法包括以下步骤：
步骤S1：根据待操控的多个物体的空间设置，确定待形成的空间声辐射势分布目标函数
超声波由两个相对且平行放置的平面超声换能器发射，超声换能器L和超声换能器R分别表示左侧和右侧换能器，两个超声换能器的空间位置分别为x＝-L0和x＝L0；超声换能器间充填流体媒质。首选根据所需操控的精度选择频率范围确定换能器的工作频率在f1到f2之间，并制作对应的声镊子装置。
本实施例选用制备在厚度为0.5毫米的Y-X 128°基底上的一对平行放置的宽带叉指换能器作为声波激发装置，叉指换能器根据标准微纳加工工艺在基底上制备，在基底上以聚二甲基硅氧烷(PDMS)作为材料制备一个立方体微流腔，制备的微流腔宽度为2mm，腔内充填水为流体媒质，并向腔体中注入塑料颗粒悬浮液，混合以半径5微米的聚苯乙烯塑料颗粒群作为待操控物体。
由于仅需形成一个势阱，即x方向只需操控一个物体群，因此选定叉指换能器L和R的工作频率范围为10-20MHz，即f1＝10MHz，f2＝20MHz。根据微流腔宽度取l＝1mm＝1000μm，拟捕捉位置x1＝0附近的聚苯乙烯微粒，使其形成一个条带，并移动其位置。
流体媒质波长需小于待操控目标间最小距离的两倍，根据λ2＝c0/f2确定频率值f2，其中c0为所述流体媒质中声波沿x方向传播时的声速，λ2为流体媒质波长。将频率f2作为最高截止频率，选择合适的超声换能器L和R，使频率f2处超声换能器的灵敏度不低于最高灵敏度的25％，且两个换能器的最高灵敏度尽可能接近。
选择频率f1<f2，使频率f1处超声换能器L和R的灵敏度均不低于各自最高灵敏度的25％，其取值应在满足f1<0.8f2的条件下尽可能地小。
利用激光测振等方法测定超声换能器L和R的电-声转换系数γL和γR，本实施例中γL和γR均为2.1×103Pa/V。
由于待操控物体应位于所述流体媒质中，其空间位置在x＝-l到l之间，l<L0，且π/l<f1/10；定义L和R间的声辐射势函数
其中，xm(m为整数，m＝1…M)是第m个目标物体的空间位置坐标；*表示卷积运算，计算方式为：
其中，τ是积分变量，f(x)是取值范围在-∞到∞的空间势阱基础目标函数；
势阱函数f(x)的特点是能量集中在x＝0附近，并且|f(x)|在x＝0处取极大值，可供选择的函数包括：Sinc函数、冲激函数、高斯函数、升余弦函数等标准函数，也可为空间形态与上述标准函数接近的任意自定义函数。
公式(1)中的±号的选择由目标物体与周围媒质的声对比因子决定，声对比因子定义为：
其中ρ0、ρP、κ0和κP分别是媒质和目标物体的密度和可压缩系数。当Φ为正时，公式(1)中的±号选负号，反之选正号。
选定势阱函数f(x)为冲激函数，即f(x)＝δ(x)，选择M＝1，即操控范围内需形成一个势阱，其位置为x1＝0μm。聚苯乙烯塑料颗粒的声对比因子Φ计算为正值，因此目标势阱函数设定为
步骤S2：根据声镊的工作频率范围计算范围内的频率数，基于空间傅里叶变换，确定声场频率分量的幅度pn和相位
根据低频截止频率f1和高频截止频率f2，计算对应的频率数，频率数的计算公式为：n1＝[4f1l/c0]，n2＝[4f2l/c0]，[]表示对所得数字取整，可为向下取整、向上取整或者四舍五入取整；
根据(1)式中势阱函数f(x)的形式，计算各频率分量的幅值pn和相位
其中，n为整数且n1≤n≤n2，当Φ为正时，公式(4)中的±号选负号，反之选正号。|F(nπ/l)|和φ(nπ/l)分别为F(nπ/l)的幅度和相位。F(nπ/l)由f(x)经过空间傅里叶变换计算得到，F(nπ/l)的计算公式为：
其中j为单位纯虚数。
步骤S3：对幅度和相位分量进行时域合成，计算须使带宽换能器发射的声信号SL(t)和SR(t)，检验实际声辐射函数与目标的相关系数，调整势阱基础目标函数f(x)的形式使其不小于0.6，相关系数越大说明实际函数与目标函数符合的越好，此处对相关系数设置下限，保证系统的准确性。
计算须使超声换能器L和R发射的声信号SL(t)和SR(t)，t为时间，计算式为：
声信号SL(t)和SR(t)在空间中形成的实际声辐射势场为
如空间声辐射势分布目标函数
和实际声辐射势场
的相关系数小于0.6，则重新选择公式(1)中势阱函数f(x)的形式，直至该相关系数不小于0.6。当Φ为正值时，公式(7)中的±号选择负号，反之选择正号。
根据前述步骤设置参数，计算SL(t)和SR(t)，获得
和
的相关系数为0.85。利用两路信号发生器和功率放大器产生信号SL(t)/γL和SR(t)/γR，分别驱动叉指换能器L和R，则可在操控范围内实现对x＝0附近粒子的捕捉，如图3a所示。
步骤S4：结合换能器的电声转换系数产生驱动电信号，使超声换能器发射声信号SL(t)和SR(t)，实现对物体的捕捉，通过动态调整声辐射势函数中目标物体的坐标，实现对多个物体动态、独立的超声操控。
使用两个驱动模块分别产生电信号SL(t)/γL和SR(t)/γR，并分别激励超声换能器L和R，使其发射声波；即可实现对多个目标物体的捕捉。
通过公式xm＝xm+Δm改变xm(m＝1…M)的值，其中Δm<c0/2f2，根据步骤S2和S3的方法重新计算信号SL(t)和SR(t)，使用驱动模块产生该信号并激励超声换能器L和R；则目标物体m将移动到新的xm处。
根据前述步骤设置参数，计算SL(t)和SR(t)，获得
和
的相关系数为0.85。利用两路信号发生器和功率放大器产生信号SL(t)/γL和SR(t)/γR，分别驱动叉指换能器L和R，则可在操控范围内实现对x＝0附近粒子的捕捉，如图3a所示。不断更新x1的位置，增大x1，最终使其缓慢变为x1＝300μm，则捕捉的粒子被移动到新的x1处，效果如图3b所示。类似地，通过不断更新x1的位置，减小x1，最终使其缓慢变为x1＝-500μm，则受操控的粒子被移动到新的x1处，粒子聚集效果如图3c所示。
本发明提出的声镊实现方法及系统可在目标操控范围内，在任意空间位置x处形成单个声势阱，并对目标物体进行捕捉，实现局部声操控。
实施例2
本实施例的内容与实施例1基本相同，不同之处在于，本实施例在任意指定位置实现两个独立的声势阱，从而实现对任意指定位置处的目标物体进行捕捉的目的。
选用制备在厚度为0.5毫米的Y-X 128°基底上的一对平行放置的宽带叉指换能器作为声波激发装置，在基底上以聚二甲基硅氧烷(PDMS)作为材料制备一个微流腔，腔内充填水为流体媒质，并混合以半径5微米的聚苯乙烯塑料颗粒群作为待操控物体。
制备的微流腔宽度为2mm，因此取l＝1mm＝1000μm，拟捕捉位置x1＝0μm和x2＝600μm附近的聚苯乙烯微粒，使其分别形成一个条带。
本实施例需形成2个势阱，即x方向需操控2个物体群。此时流体中x方向的声速等于基底中声表面波的波速，c0＝3980m/s，经检验，f2＝20MHz满足使对应波长小于两个目标位置间距离两倍的要求，因此选定f1＝10MHz，f2＝20MHz；根据标准微纳加工工艺在基底上制备叉指换能器，并向腔体中注入塑料颗粒悬浮液。
利用激光测振仪测量换能器L和R的电-声转换系数，得到γL和γR均为2.1×103Pa/V；
选定势阱函数f(x)为冲激函数，即f(x)＝δ(x)；选择M＝2，即操控范围内有2个势阱，其位置为x1＝0μm，x2＝600μm，考虑到塑料颗粒的声对比因子为正值，因此目标势阱函数设定为
根据实施例1中的方法，计算信号SL(t)和SR(t)，
和
的相关系数为0.82；利用两路信号发生器和功率放大器产生信号SL(t)/γL和SR(t)/γR，分别驱动叉指换能器L和R，则可在操控范围内实现对x＝0μm和x＝600μm附近粒子的捕捉，效果如图4所示。
本实施例所述声镊实现方法可以在目标操控范围内，在任意指定位置实现两个独立的声势阱，从而实现对任意指定位置处的目标物体进行捕捉的目的。
实施例3
本实施例的内容与实施例1基本相同，不同之处在于，本实施例在任意指定位置实现三个独立的声势阱，从而实现对任意指定位置处的目标物体进行捕捉的目的。
本实施例选用制备在厚度为0.5毫米的Y-X 128°基底上的一对平行放置的宽带叉指换能器作为声波激发装置，在基底上以聚二甲基硅氧烷(PDMS)作为材料制备一个微流腔，腔内充填水为流体媒质，并混合以半径5微米的聚苯乙烯塑料颗粒群作为待操控物体。
制备的微流腔宽度为2mm，因此取l＝1mm＝1000μm，拟捕捉位置x1＝-180μm，x2＝0μm，x3＝180μm附近的聚苯乙烯微粒，使其分别形成一个条带，并在移动x2＝0处粒子条带的同时，保持其余两个粒子条带位置不变。
本实施例需形成3个势阱，即x方向需操控3个物体群。此时流体中x方向的声速等于基底中声表面波的波速，c0＝3980m/s，经检验，f2＝20MHz满足使对应波长小于任意两个目标位置间最小距离两倍的要求，因此选定f1＝10MHz，f2＝20MHz；根据标准微纳加工工艺在基底上制备叉指换能器，并向腔体中注入塑料颗粒悬浮液。
利用激光测振仪测量换能器L和R的电-声转换系数，得到γL和γR均为2.1×103Pa/V。选定势阱形状函数为冲激函数，即f(x)＝δ(x)；选择M＝3，即操控范围内有3个势阱，设置其位置为x1＝-180μm，x2＝0μm，x3＝180μm，考虑到塑料颗粒的声对比因子为正值，因此目标势阱函数设定为
根据实施例1中的方法计算SL(t)和SR(t)，
和
的相关系数为0.80。利用两路信号发生器和功率放大器产生信号SL(t)/γL和SR(t)/γR，分别驱动叉指换能器L和R，则可在操控范围内实现对x＝-180μm，x＝0μm，x＝180μm附近粒子的捕捉，捕捉效果如图5a所示。
通过不断更新x2的位置，增大x2，最终使其缓慢变为x2＝50μm，则步骤(5)中x＝0附近捕捉到的粒子被移动到新的x2处；同时，x1和x3处的粒子均不发生位置移动，即对x2处的粒子实现了独立的操控，使其右移了50μm；效果如图5b所示。
本实施例所述声镊实现方法可以在目标操控范围内，实现对任意三个位置附近的物体进行捕捉，并对其中任意指定物体进行独立、动态操控的目的。
以上示意性地对本发明创造及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，在不背离本发明的精神或者基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。附图中所示的也只是本发明创造的实施方式之一，实际的结构并不局限于此，权利要求中的任何附图标记不应限制所涉及的权利要求。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本专利的保护范围。此外，“包括”一词不排除其他元件或步骤，在元件前的“一个”一词不排除包括“多个”该元件。产品权利要求中陈述的多个元件也可以由一个元件通过软件或者硬件来实现。第一，第二等词语用来表示名称，而并不表示任何特定的顺序。
Claims (10)
1.一种基于空间傅里叶变换的声镊实现方法，其特征在于，将微流腔中期望在空间域上形成的声辐射势分布分解为声辐射势在多个频率分量上的叠加，并由所得分量的幅度和相位确定用于驱动两个换能器的电信号；对声辐射势各频率分量进行调节，实现多个独立声辐射势阱的动态调整。
2.根据权利要求1所述的一种基于空间傅里叶变换的声镊实现方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1：根据微流腔内待操控的物体确定待形成的声辐射势分布目标函数
其中，xm(m为整数，m＝1…M)是第m个目标物体的空间位置坐标，*表示卷积运算，f(x)是取值范围在-∞到∞的空间势阱基础目标函数，x是空间坐标，δ(x)表示定义在x＝0的冲激函数；
步骤S2：根据声镊的工作频率计算频率数n，基于空间傅里叶变换，确定声场频率分量的幅度pn和相位
频率数n＝[4fl/c0]，其中[]表示对所得数字取整，f为工作频率，l为微流腔宽度，c0为流体媒质中声波沿x方向传播时的声速；
pn＝±|F(nπ/l)|,
其中n为整数，|F(nπ/l)|和φ(nπ/l)分别为F(nπ/l)的幅度和相位，F(nπ/l)由f(x)经过空间傅里叶变换计算得到；
步骤S3：对声场频率分量的幅度pn和相位
分量进行时域合成，计算换能器发射的声信号SL(t)和SR(t)，
其中t为时间，根据声信号得到实际声辐射势分布函数
检验实际声辐射势分布函数
与声辐射势分布目标函数
的相关系数，所述相关系数不小于固定值；
步骤S4：结合换能器的电声转换系数产生驱动电信号，使换能器发射声信号SL(t)和SR(t)，实现对物体的捕捉或操控。
3.根据权利要求2所述的一种基于空间傅里叶变换的声镊实现方法，其特征在于，步骤S3所述固定值为0.6。
4.根据权利要求2或3所述的一种基于空间傅里叶变换的声镊实现方法，其特征在于，所述换能器工作频率f取值范围为f1<f<f2，频率f2在媒质中的声波波长λ2＝c0/f2小于待操控目标间最小距离的两倍，频率f1<0.8f2，微流腔宽度π/l<f1/10。
5.根据权利要求2或3所述的一种基于空间傅里叶变换的声镊实现方法，其特征在于，步骤S1中的卷积运算的计算式为：
其中τ为积分变量。
6.根据权利要求2或3所述的一种基于空间傅里叶变换的声镊实现方法，其特征在于，步骤S2中取整数部分的方法为向下取整、向上取整或四舍五入取整。
7.根据权利要求6所述的一种基于空间傅里叶变换的声镊实现方法，其特征在于，步骤S2中利用空间傅里叶变换计算F(nπ/l)的公式为：
其中j为单位纯虚数。
8.根据权利要求2或3所述的一种基于空间傅里叶变换的声镊实现方法，其特征在于，实际声辐射势分布函数
声辐射势分布目标函数
和声场频率分量的幅度pn计算公式中±号的选择由声对比因子Φ确定，Φ的计算公式为：
其中，ρ0、ρP、κ0和κP分别为媒质和目标物体的密度和可压缩系数，当Φ为正值时，上述公式中的±号选择负号，反之选择正号。
9.一种基于空间傅里叶变换的声镊系统，其特征在于，使用如权利要求1-8任意一项所述的一种基于空间傅里叶变换的声镊实现方法，包括换能器、超声传播媒质和驱动模块，每个换能器均连接一个驱动模块，驱动模块驱动换能器发射超声波；
所述换能器为超声换能器，包括第一超声换能器和第二超声换能器，两个超声换能器平行放置在同一个平面，中间设置超声传播媒质。
10.根据权利要求9所述的一种基于空间傅里叶变换的声镊系统，其特征在于，驱动模块包括信号发生装置和功率方法装置，在工作频率范围内，功率放大装置最低频率响应不低于最高频率响应的25％。
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