[发明专利]基于超声辐射力矩的非接触式微尺度旋转马达

说明书

技术领域

本发明涉及的是一套基于超声辐射力矩的非接触式微尺度旋转马达系统，具体地说，它涉及一种基于超声波声场合成技术，通过调整各路超声信号的幅值、相位，获得一个可旋转的超声辐射力及辐射力矩场，从而实现俘获在该辐射力及力矩场中的非球对称转子非接触式微尺度旋转的马达系统。

背景技术

随着科学技术的快速发展，人类对微观世界进行探索的需求日益强烈。近些年，微观领域已经逐渐地成为了科学研究的热点。微机电系统作为更好地研究微观世界的重要工具，逐渐发展成前沿的研究热点。对于机电系统而言，驱动源是实现运动必不可少的部件。

综观目前微机电系统的研究现状，所采用的驱动力源主要基于材料的磁致伸缩特性、压电效应特性以及热变形特性。如《超细型双向驱动型直线微电机》（专利申请号为200310108399），《一种电热驱动微结构的制作方法》（专利申请号为201010149262）和《气冷温控型超磁致伸缩微位移驱动器》（专利申请号为200720110894）等都是基于材料物理特性研发的微型驱动器。《基于相控阵技术的多模式微驱动力源》（专利申请号200910099520.1）提出了一种基于超声辐射力的驱动力源。但是，所述微型驱动器实现的运动均为线性运动，无法直接实现旋转运动。

发明内容

本发明的目的在于提供一套基于超声辐射力矩的非接触式微尺度旋转马达系统。

本发明的技术问题通过以下的技术方案予以解决：

基于超声辐射力矩的非接触式微尺度旋转马达，由PXI总线结构的工控机、多通道参数程控可调超声信号发生卡、多通道高频线性功率放大器、多通道负载自动匹配器和超声换能器组构成，工控机通过PXI总线插槽与多通道参数程控可调超声信号发生卡相连，多通道参数程控可调超声信号发生卡与多通道高频线性功率放大器相连，多通道高频线性功率放大器与多通道负载自动匹配器相连，多通道负载自动匹配器与超声换能器组相连；多通道参数程控可调超声信号发生卡，依据旋转功能的需求，循环依次产生多组幅值变化的正弦电压信号。该正弦电压信号经多通道高频线性功率放大器后，放大为大功率正弦驱动电压信号，再经多通道负载自动匹配器做负载匹配后输入超声换能器组。超声换能器组产生一个无半径连续旋转的辐射力及力矩场，其产生的辐射力矩场也跟随旋转，并带动非球对称转子作同步旋转运动。

本发明的有益效果主要表现在：

1.本发明基于超声辐射力矩，利用声波合成的原理合成预期的旋转辐射力及力矩场，带动非球对称转子旋转。超声辐射力及力矩场的势阱尺度与波长一致，故其俘获的转子尺寸也是微米级。

2.本发明提出了一种微尺度下的非接触式旋转马达，突破了以往基于材料特性的微型马达只能实现线性运动的缺陷。

3.非球对称转子的旋转是围绕其几何中心的无半径运动。

4.本系统具有很好的扩展性，易于升级。

5.本系统具备交互能力，用户可以通过上位机软件交互界面方便地调节马达旋转速度和负载能力。

附图说明

图1为一种基于超声辐射力矩的非接触式微尺度旋转马达系统的总体结构图。

其中，1为PXI总线结构的工控机，2为六通道参数程控可调超声信号发生卡，3为六通道高频线性功率放大器，4为六通道负载自动匹配器，5-10为超声换能器组。

图2为基于超声辐射力矩的非接触式微尺度旋转马达系统的基本原理。

图3为多通道参数程控可调超声信号发生卡的结构图。

其中，11为控制单元，12为存储器，13为通讯控制单元，14为触发控制单元，15为DDS单元，16为数模转换单元。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步说明。

如图1所示，本发明的基于超声辐射力矩的非接触式微尺度旋转马达系统包括PXI总线结构的工控机1、六通道参数程控可调超声信号发生卡2、六通道高频线性功率放大器3、六通道负载自动匹配器4以及超声换能器组5、6、7、8、9、10。多通道参数程控可调超声信号发生卡安装于PXI机箱中，依据旋转功能的需求，循环依次产生多组幅值变化的正弦电压信号。该正弦电压信号经多通道高频线性功率放大器后，放大为大功率正弦驱动电压信号，再经多通道负载自动匹配器做负载匹配后输入各换能器。超声换能器组产生一个无半径连续旋转的辐射力及力矩场，其产生的辐射力矩场也跟随旋转，并带动非球对称转子作同步旋转运动。