超声相控阵任意点悬浮优化算法
2021-12-12黄俊康邓恺潇范千千林家弘何庆麟
大学物理 2021年12期
关键词:优化
黄俊康,邓恺潇,范千千,林家弘,何庆麟,彭 力,2
(1.华南师范大学 物理与电信工程学院,广东 广州 510006;2.华南师大(清远)科技创新研究院有限公司,广东 清远 511517)
声波可以在空气、水、生物组织等多种介质中传播.因此,可以利用超声波来产生声辐射力,用以平衡物体的重力,可以使泡沫小球、液滴、生物组织等物体稳定地悬浮.
超声悬浮技术是无容器处理的关键技术之一,在液滴蒸发[1]、析出动力学[2]、纳米微粒操控[3]、蛋白质结晶[4]等领域有广泛的应用.超声相控阵可以对轻小物体进行精细地操控,有很广泛的应用前景[5].2015 年 Marzo[5]等人利用并比较了声镊、声涡和声杯三种声势阱的特点,拓宽了超声相控阵对粒子的操控方式,可以实现粒子的三维移动和原地旋转.在此之前,超声相控阵主要通过改变驻波的位置来实现对粒子的操控,这种方式在粒子操控范围上和操控粒子的数量上都有很大的局限性.2018年,Marzo[6]等人使用 16×16的超声相控阵实现了全息声镊,其具有与全息光镊相似的功能,它可以独立操控多个多种材质的粒子,并且适用于多种媒介(如空气、水、生物组织).
超声相控阵对粒子精确操控的关键技术之一是求出各换能器的最优相位延迟.通过优化调控换能器的相位延迟,使各换能器处于最优相位延迟,以便在粒子悬浮位置产生稳定、抗干扰的声势阱,从而使粒子稳定地悬浮.但是在目标函数的计算上,实现难度较大.若方法使用不恰当,容易导致计算出……
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