一种非接触式旋转装置及一种调制件制备方法与流程

技术特征：
1.一种非接触式旋转装置，用于操控目标物体旋转，其特征在于，包括：超声换能器，所述超声换能器用于产生平面波；调制件，所述调制件设置于所述平面波的传播路径上，并位于所述超声换能器和所述目标物体之间；其中，所述调制件能够使经过所述调制件的所述平面波产生相位差，以形成具有多阶拓扑荷数的涡旋声场，所述涡旋声场能够驱动所述目标物体旋转。2.根据权利要求1所述的非接触式旋转装置，其特征在于，所述非接触式旋转装置能够操控多个所述目标物体旋转，各个所述目标物体沿所述涡旋声场的传播方向上依次设置，并且，沿远离所述调制件的方向，各所述目标物体的转速依次降低。3.根据权利要求1所述的非接触式旋转装置，其特征在于，所述调制件由不透声的材料制成，所述调制件设有具有螺旋结构的贯穿槽，所述螺旋结构满足以下公式：其中，r0为所述螺旋结构的初始半径，z为所述目标物体距离所述调制件的垂直距离，l为所述涡旋声场的拓扑荷数，λ为声波波长，为螺旋结构的极角，m为正整数。4.根据权利要求1所述的非接触式旋转装置，其特征在于，所述调制件由透声材料制成，所述调制件为厚度不均匀的结构，所述调制件的厚度满足以下公式：δt(x,y)＝δφ(x,y)/(k
m-k
h
)；其中，δt(x,y)为所述调制件的任一位置的厚度，δφ(x,y)为该位置的相位分布，k
m
为所述透声材料的波数，k
h
为传播介质的波数。5.根据权利要求1所述的非接触式旋转装置，其特征在于，所述调制件由超表面制成，所述超表面的不同位置处排列有微柱，所述超表面划分有多个超表面单元，各所述超表面单元上所述微柱排列的体积分数满足以下公式：其中，表示相位，c
m
声传播介质的声速，c
unit
为由微柱和介质构成超表面单元的等效声速，其中，c
unit
＝(b
unit
/ρ
unit
)
1/
，b
unit
为超表面单元的等效体模量，ρ
unit
为超表面单元的等效密度，f为平面波频率。6.根据权利要求1所述的非接触式旋转装置，其特征在于，所述非接触式旋转装置还包括容器，所述容器用于容置传播介质，所述目标物体设置于所述容器中，并漂浮于所述传播介质上。7.根据权利要求1所述的非接触式旋转装置，其特征在于，所述目标物体、所述调制件和所述超声换能器沿从上到下的方向依次设置，当所述非接触式旋转装置处于工作状态时，能够驱动所述目标物体悬浮于所述调制件的上方，并进行旋转运动。8.根据权利要求7所述的非接触式旋转装置，其特征在于，所述非接触式旋转装置还包括连接件，所述连接件连接于所述目标物体，当所述涡旋声场驱动所述目标物体旋转时，所述连接件的轴向与所述目标物体的旋转轴同轴设置。9.根据权利要求1所述的非接触式旋转装置，其特征在于，所述超声换能器和所述调制件连接，所述非接触式旋转装置还包括位置调节机构，所述位置调节机构能够调节所述超
声换能器和所述调制件到所述目标物体之间的距离，以调节所述目标物体所在位置上所述涡旋声场的拓扑荷数。10.一种调制件制备方法，其特征在于，包括以下步骤：s100在仿真模拟软件中建模出调制件，并定义所述调制件的参数，设定一个目标平面和一个发射平面，所述目标平面距离所述发射平面的距离为z，所述调制件位于所述发射平面上；s200构建沿第一方向传播并经过所述调制件的平面波声场和沿第二方向传播的迭代声场，所述第一方向和所述第二方向相反，所述平面波声场经过所述调制件后形成涡旋声场；s300将所述迭代声场沿所述第二方向传播至所述调制件的所述发射平面；s400提取所述发射平面上的振幅和相位信息，将所述涡旋声场的振幅调整为所述发射平面上的振幅，并保留所述平面波声场的相位不变；s500将所述涡旋声场沿所述第一方向传播至所述目标平面；s600提取所述目标平面上的振幅和相位信息，将所述迭代声场的振幅调整为所述目标平面上的振幅，并保留所述迭代声场的相位不变；s700重复步骤s200至步骤s600，直至所述迭代声场收敛；s800提取收敛情况下所述迭代声场传播至所述发射平面的相位分布信息；s900根据所述相位分布信息计算出所述调制件的厚度分布信息；s1000制造所述调制件。11.根据权利要求10所述的调制件制备方法，其特征在于，在步骤s1000中，通过3d打印工艺或刻蚀工艺制造出所述调制件。

技术总结
本发明公开了一种非接触式旋转装置及一种调制件制备方法。本发明的非接触式旋转装置包括超声换能器和调制件，超声换能器用于产生平面波；调制件设置于平面波的传播路径上，并位于超声换能器和目标物体之间；其中，调制件能够使经过调制件的平面波产生相位差，以形成具有多阶拓扑荷数的涡旋声场，涡旋声场能够驱动目标物体旋转。该非接触式旋转装置结构较为简单，整体装置造价较为便宜，能够被广泛应用于实验系统或工业制造中。并且能够生成多阶拓扑荷数的声涡旋场，通过调节调制件和目标物体之间的距离实现对物体旋转速度的操控，更利于操作者根据需求选取合适阶数的声涡旋场施加于目标物体上，操作起来更为灵活。操作起来更为灵活。操作起来更为灵活。


技术研发人员：蔡飞燕 王金萍 夏向向 张汝钧 郑海荣
受保护的技术使用者：深圳先进技术研究院
技术研发日：2023.05.04
技术公布日：2023/8/5