牟天钰，裴艺丽，张师平，陈 可，张 烨，刘兴国，吴 平

(北京科技大学 a.数理学院; b.自然科学基础实验中心;c.计算机与通信工程学院，北京 100083)

空气媒介中的悬浮往往通过无接触力对抗重力实现，常见的悬浮方式包括磁悬浮、电悬浮、光悬浮、气动悬浮、声悬浮等[1]，其中声悬浮技术对悬浮物体的性质没有特定要求，对声场内的固体和液体均可以进行悬浮，适用度高，近年来逐渐应用于分析化学、材料科学、医学等多个领域，是应用前景广阔的悬浮技术.

实现声悬浮有多种方式，常见方法有单轴悬浮[2-4]、三轴悬浮[5]、远场近场悬浮[6-7]、平面相控阵悬浮[8-16]等.平面相控阵是将数个换能器密接排布成矩阵形式，通过调节每个换能器的相位，使换能器发出的声波叠加形成不同的声场，从而使目标物体在换能器矩阵中产生的声场中悬浮和移动.由于采用平面相控阵技术更易调节发出的声波，因此构造满足不同需求的声场更利于操纵目标物体的移动.

本文在现有声辐射理论和平面相控阵技术的基础上，提出采用平面波作为声波的波前形式对物体进行悬浮和移动.通过解析计算确定该形式参量下的声场特性，从而针对该声场分布，设计出新的“分区移动”方案，并依据方案设计软件和组建装置.经实验验证，该装置可以使聚苯乙烯小球在空气中稳定悬浮，并且可以使小球在3个空间维度移动.

1 理论原理

1.1 声辐射压力

声悬浮技术本质上是依靠声辐射压力对……