[发明专利]基于超声波阵列的声悬浮系统及其控制方法

权利要求书

1.一种基于超声波阵列的声悬浮控制方法，其特征在于，其包括以下步骤：

(1)启动上位机，根据预设的悬浮目标的大小和位置，通过上位机计算出单面超声传感器阵列所需的相位信息，并将相位信息发给控制器；

(2)控制器将相位信息分发给各个FPGA模块；

(3)FPGA模块根据收到的相位信息，从各个引脚发出相位不同的方波信号；

(4)驱动电路将从FPGA模块引脚发出的方波信号进行功率放大，并输出到单面超声传感器阵列；

(5)单面超声传感器阵列发出相位不同的超声波，在单面超声传感器阵列上方形成特定的声场，悬浮目标在悬浮点受到的声辐射力最小，从而将悬浮目标悬浮在特定的位置；

(6)通过改变上位机发送的悬浮位置的相位，实时改变悬浮目标的位置，实现悬浮目标的移动、旋转及相应动作控制；

所述步骤(1)具体包括以下步骤：

计算悬浮点的Gorkov势能:

其中，c表示声传播速度，ρ表示密度，下标0表示介质，p表示悬浮物体；

悬浮物体在声场中所受的声辐射力可以由Gorkov势能计算得到:

描述一个稳定的悬浮点，对Gorkov势求拉普拉斯算子，表示声辐射力从各方向收敛与悬浮点，由此建立目标方程：

其中|p|为悬浮点的声压有效值，为U的拉普拉斯算子；

(1.2)建立目标方程后，使用BFGS优化方法对目标方程求极小值最优解，得到悬浮所需的相位

(1.3)计算得到的相位信息，通过串口通讯方式发送给控制器。

2.根据权利要求1所述的基于超声波阵列的声悬浮控制方法，其特征在于：各个FPGA模块使用相同的时钟信号。

3.根据权利要求1所述的基于超声波阵列的声悬浮控制方法，其特征在于：所述驱动电路使用TC4427功率放大芯片。