[發明專利]基于FPGA的雙陣列對射駐波場超聲波懸浮與操縱系統及方法

在審

• 申請號: 202011061759.2
• 申請日: 2020-09-30
• 公開（公告）號: CN112180794A
• 公開（公告）日: 2021-01-05
• 發明（設計）人: 柏龍;林震宇;陳曉紅;孫園喜;楊建興;辛立明
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: G05B19/042
• 分類號: G05B19/042;B06B1/02
• 代理公司: 北京盛凡智榮知識產權代理有限公司 11616
• 代理人: 張塨

1.一種基于FPGA的雙陣列對射駐波場超聲波懸浮與操縱系統，其特征在于：包括上支撐板、下支撐板、分布于所述上支撐板和下支撐板上的若干個超聲波換能器以及用于對所述超聲波換能器進行驅動的驅動模塊；

所述驅動模塊包括若干個相互并聯的TC4427COA芯片；每個所述TC4427COA芯片具有8個引腳，其2號引腳和4號引腳作為輸入接收由FPGA傳輸來的小交流電信號的兩路PWM波；其5號引腳和7號引腳作為輸出，在經過放大電路后放大為單個超聲波換能器單元所需的額定工作電壓，接在兩個所述超聲波換能器的信號引腳上；其3號引腳接地；其6號引腳并聯兩個電容后連接在外接電源上。

2.根據權利要求1所述的基于FPGA的雙陣列對射駐波場超聲波懸浮與操縱系統，其特征在于：所述超聲波換能器的型號為MA40S4S，其工作頻率為40kHz，最大輸入電壓為20V。

3.根據權利要求1所述的基于FPGA的雙陣列對射駐波場超聲波懸浮與操縱系統，其特征在于：所述上支撐板和下支撐板上各分布有100顆所述超聲波換能器；上支撐板和下支撐板之間通過長度為127.5mm的銅柱進行支撐。

4.一種采用權利要求1-3任一項所述的基于FPGA的雙陣列對射駐波場超聲波懸浮與操縱系統的操縱方法，其特征在于，包括以下步驟：

s1.利用已知懸浮顆粒的尺寸、密度、形狀和在其在聲場中的位置、運動軌跡、運動姿態以及運動速度，逆向求解出兩塊對射的超聲波換能器陣列上各個MA40S4S的超聲波換能器在微粒控制每一瞬時的相位以及占空比的信息；

s2.計算出用戶指定聲場運動下所有超聲波換能器的相位與占空比后，形成相應的特定的二進制指令傳輸進入QuartusII軟件中。

s3.通過QuartusII軟件，對超聲相控陣列所需的時序電路進行輸入設計、時序約束、分析綜合、布局布線和板級調試。