超声悬浮和超声马达课件

2、原理和装置：右图是单轴声悬浮的原理图。活塞声源装在长圆管的底部，在活塞辐射面的对面设有反射器，在其间建立驻波声场，辐射面与反射面相距为半波长的整数倍。当声场中的辐射压力与物体的重力相平衡时，物体即悬浮在空间。如果改变反射器的距离或振动器的频率，则可以移动物体在空间的位置。当驻波声场中有高温或低温装置时，就可以实现无容器、非接触的材料熔炼或凝固。声和超声悬浮技术及应用2、原理和装置：为灵活的控制物体的悬浮位置，发展了一种三轴声悬浮装置。在一个六面长方有三面布置三个声源，其激励可以独立调节，因而能灵活控制物体在空间某一点的稳定悬浮。如果对某一声轴的声压加以调制，则可实现悬浮液滴的振荡，除可实现悬浮体的声振荡外，为实现对悬浮物体的处理，还发展了高温声悬浮装置。

声和超声悬浮技术及应用3特点：声悬浮技术可悬浮任何材料，包括磁性和非磁性体，导体和绝缘体；定位方便，稳定不易失控；可以方便实现样品的输送，如从高温区输送到低温区；能使样品旋转、振动和有利于样品保持球形、脱气、表面涂敷和材料的分选；利用空化效应，可以使材料混合破碎等等。

声和超声悬浮技术及应用4、应用：声和超声悬浮移动技术已得到越来越广泛的应用。例如，它可用来研究液体分界面的表面张力，研究液体的粘滞特性；测量微量液体或生物组织的绝热压缩系数和声速，特别适用于研究某些生物细胞如红血球的特性，因为它的性质依赖于它所存在的环境。

利用超声悬浮和雾化技术，可以将塑料或石腊均匀地包敷在微玻璃球的表面。微玻璃球在驻波声场中悬浮，涂敷材料溶于溶液中并用超声雾化而涂在玻璃球基体上，例如用这种新技术可以在玻璃球上包敷50厚的聚苯乙烯，表面不均匀性小于几百埃。此外还用来制造高质量的半导体晶体。远红外透光新玻璃等等。

声和超声悬浮技术及应用

超声马达的概念在1960年就提出了，但直到1971年才取得进展。当时西德的西门子公司申请了压电超声马达的专利，后来日本的制造厂家也申请了压电超声马达专利。这些马达主要用在照橡机自动聚焦机构上，因此当时的专利主要是由照像机制造者申请的。超声马达研究工作的迅速进展是在80年代。日本对超声马达的研究、开发和应用特别重视，取得了举世瞩目的结果。

超声马达超声马达与电磁马达不同，它不是利用磁场将电能转换为机械能，而是通过超声换能器把电能转换为某种模式的机械振动，然后，再利用定子(振动着的弹性体)与转子(或滑块)表面间的摩擦力使转子转动或使滑块移动，从而把电能转换成了可以对外作功的机械能。

与电磁马达比较，超声马达有以下较突出的特点，转速低，力矩大；应答速度快，定位精度高；体积小，功率密度大；没有磁干扰，便于控制等。超声马达的这些特点使其在机器人、计算机、仪器仪表以及其他高技术产品中有着广阔的应用前景。在许多应用中可免去减速装置而直接驱动。

超声马达可以利用各种不同的振动模式，因此马达的种类也是各式各样的。

按运转形式分：有线性马达和旋转马达两大类；按超声振动的波形分：有行波马达和驻波马达；按超声振动的模式分：有单一模式、模式转换、多模式和模式旋转等类型;按换能器分：有单一换能器和复合换能器型超声马达等等。

表面波和板波在传播过程中，弹性介质表面质点振动的轨迹是椭圆形。假如在有这种质点振动的弹性体表面再放上另外一个金属块，如图所示，则该金属块将沿着与波传播方向相反的方向移动。这是因为当声波沿x方向传播时，固体表面上的质点沿椭圆轨迹按逆时针方向运动，同时金属块与振动着的固体表面间有摩擦力存在。这样，振动的质点通过两表面间的摩擦力使金属块移动。这就是超声行波线性马达的基本原理。

超声行波马达运行的基本条件是：在作为定子的弹性体的表面(与转子的接触面)上必须激发有质点沿椭圆轨迹的振动;定子与滑块接触面间必须有一定的摩擦系数。

为了满足第二个条件/除接触面处选用摩擦系数大的材料外，还需给接触面施加一定的接触压力。

假如把图所示的振动的弹性体(定子)沿x方向弯成一个圆环，则附加的金属块(转子)将作沿圆周的转动运动。用一个金属环代替此金属块，则该金属环便做连续的旋转运动，这就是超声行波旋转马达的工作原理。

超声波行波超声马达值得注意的是，超声马达的定子和转子(或滑块)两表面间的接触是局部接触。对沿椭圆轨道振动的质点来说，在一周期内实际与转子表面的接触时间是很短的，如图所示。在未接触期间，摩擦力不存在，但转子仍继续运动，这是由于转子的时间常数远大于定子质点的振动周期。实际上是物体的惯性作用的结果。现在再来看在驻波条件下超声马达的工作原理。当一弹性体有驻波存在时，该弹性体表面质点作用力的方向取决于它们沿驻波的位置，如图(A)(B)所示。假如在该弹性体表面质点作用方向相同的位置加工出一些凸起部分，并在上面放一金属块，则该金属块将沿与其对应的质点作用方向作单向移动，如图(C)(D)所示。

驻波

超声马达一、超声波洗衣机

据报导，日本曾设计成一种超声波洗衣机。它和传统的洗衣机不同，既不需要旋转马达，也不需用洗涤剂，衣服上的污渍只需通过洗槽内的气泡和超声波即可被去除干净。

超声波洗衣机主要由洗槽、超声波发生器、气泡供给器及若干方向各异、高度数厘米的金属板组成。超声日常生活中的应用当洗糟充满水，衣服投入洗槽，气泡供给器和超声发生器开始工作，洗槽内即有超声波和大量气泡产生，超声波因气泡的折射作用而均匀地分散在衣服上，浸入的衣服受超声波作用后，表面也会产生大量气泡，衣服通过大量气泡的爆破和微摩擦，衣服上的污渍也随之被分解，同时被气泡带出，衣服也变干净了。超声波洗衣机的最大特点：不用搅拌，不用洗衣粉，所以不损坏衣服。此外，由于衣服的密度小，超声波能畅通无阻地作用到衣服内部，即使衣服重叠在一起也不会受影响。二、超声波洗碗机

上世纪80年代中期，国外研制了超声波洗碗机，且有商品供应。它实际上类似一台超声清洗器。其作用机理还是利用超声波作用于水中，产生无数气泡的空化现象，瞬间产生上千个大气压和10000C的高温，污物在超声的搅拌、分散、乳化等作用下，清除盆、碗上的污物、油腻。这种洗碗机在底部有六个频率为27kHz的磁致伸缩换能器，超声发生器的输出功率为400W。有人曾用15只较油污的瓷盆放入洗碗机，开启电源，经10多分钟超声清洗后取出。瓷盆干净无比。原瓷盆上的油腻、斑渍全无。据说明书上介绍还有杀菌作用。超声日常生活中的应用三、超声波洗澡机

据国外报导，在发达国家，目前流行一种称为按摩式的浴缸，它通过浴缸中许多不同度和不同流速的喷头，对人体进行各种姿态和部位的热水按摩。使人肌肉松驰，轻松愉快。而高级宾馆中的浴缸，也常装有超声波辐射器，超声波产生的无数气泡一方面对人体肌肤进行轻微撞击摩擦，同时超声波深入毛孔，清除身上汗腺毛孔的污垢。据报导，日本一家公司研制成功了一种新奇的超声波洗澡机，外形象个巨蛋。浴者除头部外，全身都在洗澡机里。用该机洗一次澡只需15min。

超声日常生活中的应用三、超声波洗澡机

这种洗澡机操作简单，选定水温后，即可进入机内，开动机器洗澡。洗澡过程是全自动的，首先洗温水浴，2min后，用超声波激起包含泡沫的温水，将身体洗净。5min后，温水灌满洗澡机，温水里的许多塑料小球在浴者身体周围回旋，擦洗皮肤，使人感到浑身舒服。经过7min的冲洗和塑料小球的摩擦后，机内的脏水自动流出，洗澡机再给你淋浴2min，洗澡结束。

超声日常生活中的应用四、超声波牙刷

超声牙刷是美国的超声技术应用在家庭和治疗上的最新技术产品，它是一种用电池供电的全密封防水牙刷，如图所示。其中包括牙刷头(可换)，换能器2(压电晶片)，超声波发生器4(在牙刷手柄部分)，电池5指示灯3充电器6。附件有感应式充电器座。牙刷手柄上无需插头和电线，该产品是得到美国UL认证的，十分安全产品。牙刷上无任何开关，是全自动操作，当牙刷手柄放入充电器基座进行感应式充电，稍后把牙刷从感应式充电器基座中取出，牙刷手柄上指示灯亮，表明超声发生器已开始工作。充电器有自动保护装置，不会有过充电。超声日常生活中的应用

超声波发生器通过压电晶片能发出工作频率为1.6MHz强度较低的高频超声波，一般感觉不到有声和振动。但超声波通过刷头到牙刷毛，这时在牙膏配超声的情况下，引入超声波到嘴中和软组织，并深入牙缝中，使牙缝中的渣物清除干净。当超声