CN210788031U - 单轴式超声波悬浮装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种单轴式超声波悬浮装置，包括第一超声波发射器模组和第二超声波发射器模组；第一超声波发射器模组的超声波发射器数量与第二超声波发射器模组的超声波发射器数量相等；还包括：支架，设有用于设置第一超声波发射器模组的第一凹面安装部，和用于设置第二超声波发射器模组的第二凹面安装部；第一凹面安装部与第二凹面安装部相对设置；控制设备，控制设备的输出端分别电连接第一超声波发射器模组中各超声波发射器的正极引脚、及第二超声波发射器模组中的各超声波发射器正极引脚，输入端用于电连接电源。本实用新型中的单轴式超声波悬浮装置能够提升捕获力，避免受到环境温度或湿度的影响。

Description

单轴式超声波悬浮装置

技术领域

本实用新型涉及声悬浮技术领域，特别是涉及一种单轴式超声波悬浮装置。

背景技术

声悬浮技术是在地面和空间条件下施行材料无容器处理的关键技术之一，和如今的磁悬浮技术相比较，声悬浮技术不受材料导电性能的限制，并且悬浮和其他操作分开控制。利用声悬浮可以实现各种金属材料、无机非金属材料和有机材料的无容器处理。

声悬浮装置结构类型可以分成两种，第一种是声传感器与反射器的组合，在形状的设计上，其几何形状和声传感器与反射器之间的距离都会有相对的要求，务必要在声传感器与反射器之间形成一个谐振悬浮腔。而第二种则是声传感器与声传感器的组合，它是使用了两个分离，但是声波传播方向相对的发射器，形成一个非谐振的悬浮腔。相比起非谐振型，谐振型效率更高，但是对温度变化和元件排列十分敏感，容易由于受到温度变化的影响，导致共振失谐，降低捕获的强度。

实用新型内容

基于此，有必要，提供一种具有高捕获强度的单轴式超声波悬浮装置。

一种单轴式超声波悬浮装置，包括第一超声波发射器模组和第二超声波发射器模组；第一超声波发射器模组的超声波发射器数量与第二超声波发射器模组的超声波发射器数量相等；

还包括：

支架，设有用于设置第一超声波发射器模组的第一凹面安装部，和用于设置第二超声波发射器模组的第二凹面安装部；第一凹面安装部与第二凹面安装部相对设置；

控制设备，控制设备的输出端分别电连接第一超声波发射器模组中各超声波发射器的正极引脚、及第二超声波发射器模组中的各超声波发射器正极引脚，输入端用于电连接电源；

第一超声波发射器模组中各超声波发射器的负极引脚接地，第二超声波发射器模组中的各超声波发射器的负极引脚接地。

在其中一个实施例中，第一凹面安装部、第二凹面安装部上均设有用于插设各超声波发射器正负极引脚的插孔。

在其中一个实施例中，第一超声波发射器模组中的各超声波发射器的正极引脚，均朝向第一凹面安装部的凹面中心设置。

在其中一个实施例中，第二超声波发射器模组中的各超声波发射器的正极引脚，均朝向第二凹面安装部的凹面中心设置。

在其中一个实施例中，控制设备包括：

控制器；控制器的输出端电连接各超声波发射器的正极引脚，输入端用于电连接电源。

在其中一个实施例中，控制设备还包括：连接在控制器与各超声波发射器的正极引脚之间的驱动器。

在其中一个实施例中，控制器为Arduino Nano 328芯片。

在其中一个实施例中，驱动器为L298N电机驱动芯片。

在其中一个实施例中，超声波发射器为Manorshi型10毫米直径的40000赫兹的超声波发射器。

在其中一个实施例中，超声波发射器的数量为72个。

上述单轴式超声波悬浮装置，通过第一超声波发射器模组和第二超声波发射器模组构成非谐振型单轴式超声波悬浮装置，将第一超声波发射器模组和第二超声波发射器模组分别安装于支架上相对设置的第一凹面安装部及第二凹面安装部，形成凹形反射面，通过局部集中声能提高悬浮装置的工作效率，获得比平面反射面更强的捕获力，克服谐振型悬浮装置捕获力容易受到温度影响的问题。

附图说明

图1为一个实施例中，单轴式超声波悬浮装置的结构示意图；

图2为一个实施例中，单轴式超声波悬浮装置的硬件结构示意图；

图3为另一个实施例中，单轴式超声波悬浮装置的硬件结构示意图。

具体实施方式

为了便于理解本实用新型，下面将对本实用新型进行更全面的描述。但是，本实用新型可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本实用新型的公开内容的理解更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。

在其中一个实施例中，提供了一种单轴式超声波悬浮装置，如图1、图2所示，包括第一超声波发射器模组100和第二超声波发射器模组200；第一超声波发射器模组100的超声波发射器数量与第二超声波发射器模组200的超声波发射器数量相等；

还包括：

支架300，设有用于设置第一超声波发射器模组100的第一凹面安装部310，和用于设置第二超声波发射器模组200的第二凹面安装部320；第一凹面安装部310与第二凹面安装部320相对设置；

控制设备400，控制设备400的输出端分别电连接第一超声波发射器模组100中各超声波发射器的正极引脚、及第二超声波发射器模组200中的各超声波发射器正极引脚，输入端用于电连接电源；

第一超声波发射器模组100中各超声波发射器的负极引脚接地，第二超声波发射器模组200中的各超声波发射器的负极引脚接地。

通过第一超声波发射器模组100与第二超声波发射器模组200构成声传感器与声传感器的组合，使用了两个分离，但是声波传播方向相对的发射器模组，形成一个非谐振的悬浮腔，非谐振型的单轴式超声波悬浮装置对环境温度和湿度的变化具有较强的鲁棒性，能够提供较为稳定的捕获声场。

第一超声波发射器模组100中的超声波发射器数量为一个或一个以上；第二超声波发射器模组200中的超声波发射器数量为一个或一个以上，且与第一超声波发射器模组100中的超声波发射器数量相等。在一个实施例中，第一超声波发射器模组100与第二超声波发射器模组200各自的各超声波发射器排布方式完全相同，保证第一超声波发射器模组100产生的声场与第二超声波发射器模组200产生的声场为方向相反，但波形的频率和振幅均相同，能够使悬浮对象稳定悬浮。

上述单轴式超声波悬浮装置，通过第一超声波发射器模组100和第二超声波发射器模组200构成非谐振型单轴式超声波悬浮装置，将第一超声波发射器模组100和第二超声波发射器模组200分别安装于支架上相对设置的第一凹面安装部310及第二凹面安装部320，形成凹形反射面，通过局部集中声能提高悬浮装置的工作效率，获得比平面反射面更强的捕获力，还能解决谐振型悬浮装置捕获力容易受到温度影响的问题。

在其中一个实施例中，第一凹面安装部310、第二凹面安装部320上均设有用于插设各超声波发射器正负极引脚的插孔。

将各超声波发射器通过插接的方式，安装于第一凹面安装部310及第二凹面安装部320，能够较好地进行固定，避免受到声场的影响导致脱落或移位。并且还便于将超声波发射器的正负极引脚连接至控制设备。

在其中一个实施例中，第一超声波发射器模组100中的各超声波发射器的正极引脚，均朝向第一凹面安装部的凹面中心设置。

将第一超声波发射器模组100的各超声波发射器的正极引脚均朝向第一凹面安装部的凹面中心方向设置，负极朝向第一凹面安装部的外围方向设置，使得在超声波发射器数量大于一个的时候，各个超声波发射器的波形方向一致，利用凹面的特性，不同的超声波发射器产生的声波能够部分叠加增强，避免方向声波相互抵消减弱，实现能量聚焦，增加超声波悬浮装置的捕获力。

在其中一个实施例中，第二超声波发射器模组中的各超声波发射器的正极引脚，均朝向第二凹面安装部的凹面中心设置。

将第二超声波发射器模组200的各超声波发射器的正极引脚均朝向第二凹面安装部的凹面中心方向设置，负极朝向第二凹面安装部的外围方向设置，使得在超声波发射器数量大于一个的时候，各个超声波发射器的波形方向一致，利用凹面的特性，不同的超声波发射器产生的声波能够部分叠加增强，避免方向声波相互抵消减弱，实现能量聚焦，增加超声波悬浮装置的捕获力。

在其中一个实施例中，如图3所示，控制设备400包括：

控制器410；控制器410的输出端电连接各超声波发射器的正极引脚，输入端用于电连接电源。

控制器410输出端向各超声波发射器输出激励信号，激励各超声波发射器；所有超声波发射器的正极引脚均电连接控制器410的输出端，负极均接地，相当于所有超声波发射器并联，使得各超声波发射器产生波形的振幅和频率相同，第一超声波发射器模组产生的声波与第二超声波发射器产生的声波仅方向相反，保证悬浮对象在两个分离反向的声波的作用下能够稳定悬浮。

在一个实施例中，控制器410输出方波信号作为激励信号，方波相比正弦信号更容易产生数字信号，由于超声波发射器本身具有的谐振特性，所以超声波发射器能够充当陷波滤波器，并且输出的信号非常接近正弦信号。在一个实施例中，控制器410也可以输出正弦信号作为激励信号。

在其中一个实施例中，如图3所示，单轴式超声波悬浮装置还包括：连接在控制器与各超声波发射器的正极引脚之间的驱动器。

根据本领域技术人员对于控制器410具体型号的选择，控制器所产生的逻辑信号电压不一定能够满足超声波发射器工作电压的需要，需要使用驱动器将控制器产生的逻辑信号电压进行放大后，再输入到超声波发射器，使其能够正常工作。

在其中一个实施例中，控制器为Arduino Nano 328芯片。

本领域技术人员可以根据需要选择其他单片机或开发板作为控制器。

在其中一个实施例中，驱动器为L298N电机驱动芯片。

Arduino Nano 328芯片产生方波信号，通过L298N电机驱动芯片放大方波信号后再输入至各超声波发射器，能够实现驱动两个Vpp为70，相位分辨力为

的正弦信号频道。

在一个实施例中，可以通过输出至超声波发射器的一个频道的信号为恒定相位，调整另一个频道的相位，实现在声场中上下移动悬浮对象。

在其中一个实施例中，超声波发射器为Manorshi型10毫米直径的40000赫兹超声波发射器。

超声波发射器是整个悬浮装置的核心所在，原因在于每一个发射器它能够把输入的电信号转换成声波。而在正常的工作环境中，用于测量距离的传感器具备了足够大用于运作的声功率，传感器与传感器之间的谐振频率约为一致，容差不大，价格低廉且容积小。在25℃下，该频率的机载声波的波长为8.65毫米，使得悬浮对象的尺寸可以达到4毫米(半波长)。为了在尽可能保证捕获力的同时降低成本，选择Manorshi型10毫米直径的超声波发射器，频率为40000Hz。本领域技术人员还可以根据需要选择村田10毫米超声波发射器或者宁波10毫米超声波发射器。

在其中一个实施例中，超声波发射器的数量为72个。

第一超声波发射器模组和第二超声波发射器模组各36个，在一个实施例中，每个超声波发射器模组按照6个、12个、18个超声波发射器分别排布为三个同心的六边形，配合凹面设计能够有效提高声场捕获力。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种单轴式超声波悬浮装置，其特征在于，包括第一超声波发射器模组和第二超声波发射器模组；所述第一超声波发射器模组的超声波发射器数量与所述第二超声波发射器模组的超声波发射器数量相等；

还包括：

支架，设有用于设置所述第一超声波发射器模组的第一凹面安装部，和用于设置所述第二超声波发射器模组的第二凹面安装部；所述第一凹面安装部与所述第二凹面安装部相对设置；

控制设备，所述控制设备的输出端分别电连接所述第一超声波发射器模组中各所述超声波发射器的正极引脚、及所述第二超声波发射器模组中的各所述超声波发射器正极引脚，输入端用于电连接电源；

所述第一超声波发射器模组中各所述超声波发射器的负极引脚接地，所述第二超声波发射器模组中的各所述超声波发射器的负极引脚接地。

2.根据权利要求1所述的单轴式超声波悬浮装置，其特征在于，

所述第一凹面安装部、所述第二凹面安装部上均设有用于插设各所述超声波发射器正负极引脚的插孔。

3.根据权利要求2所述的单轴式超声波悬浮装置，其特征在于，

所述第一超声波发射器模组中的各所述超声波发射器的正极引脚，均朝向所述第一凹面安装部的凹面中心设置。

4.根据权利要求3所述的单轴式超声波悬浮装置，其特征在于，

所述第二超声波发射器模组中的各所述超声波发射器的正极引脚，均朝向所述第二凹面安装部的凹面中心设置。

5.根据权利要求4所述的单轴式超声波悬浮装置，其特征在于，所述控制设备包括：

控制器；所述控制器的输出端电连接各所述超声波发射器的正极引脚，输入端用于电连接电源。

6.根据权利要求5所述的单轴式超声波悬浮装置，其特征在于，所述控制设备还包括：连接在所述控制器与各所述超声波发射器的正极引脚之间的驱动器。

7.根据权利要求5或6所述的单轴式超声波悬浮装置，其特征在于，所述控制器为Arduino Nano 328芯片。

8.根据权利要求6所述的单轴式超声波悬浮装置，其特征在于，所述驱动器为L298N电机驱动芯片。

9.根据权利要求8所述的单轴式超声波悬浮装置，其特征在于，所述超声波发射器为Manorshi型10毫米直径的40000赫兹的超声波发射器。

10.根据权利要求9所述的单轴式超声波悬浮装置，其特征在于，所述超声波发射器的数量为72个。

Images