一種聲學(xué)鑷子壓力聚焦球面的成形裝置及成形方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于超聲換能器領(lǐng)域，涉及到一種聲學(xué)鑷子壓力聚焦球面的成形裝置及成形方法。
【背景技術(shù)】
[0002]聲學(xué)鑷子簡稱聲鑷，是近年來高頻超聲換能器應(yīng)用研宄的熱點(diǎn)之一。與光學(xué)鑷子(簡稱光鑷)原理類似，聲鑷是利用聲學(xué)輻射力，通過發(fā)射高度聚焦的超聲束，來對微小物體產(chǎn)生吸引力，從而實(shí)現(xiàn)對微小物體的捕獲與操縱。成功自如地捕獲和操縱微小物體對生物細(xì)胞研宄意義重大。光鑷的不足之處在于:(1)能量較高，會(huì)引起被捕獲物體局部過熱，從而造成細(xì)胞死亡；(2)力量較小，難以捕獲和移動(dòng)幾十微米或者上百微米的生物細(xì)胞。聲鑷與光鑷相比，能量較小，力量較大，剛好能彌補(bǔ)光鑷的不足，所以在生物細(xì)胞的研宄中應(yīng)用前景廣闊。
[0003]高度聚焦的超聲換能器是聲鑷的基礎(chǔ)，超聲換能器工作頻率越高，發(fā)出超聲波波長越短，越適合微小物體的捕獲和操縱。通常f#~ I (f#為壓電材料尺寸與焦距比值)。超聲聚焦的方法主要有裝配聲透鏡和壓力聚焦兩種，裝配聲透鏡很難實(shí)現(xiàn)f# 乂 1，所以壓力聚焦是一種不錯(cuò)的選擇。壓力聚焦的原理是利用不銹鋼壓力球?qū)Τ晸Q能器表面壓力作用，使壓電層形成聚焦球面，以達(dá)到聚焦的目的。整個(gè)壓力聚焦過程中，壓力球是否處于超聲換能器中心是最終結(jié)果能否得到均勻聲場并實(shí)現(xiàn)微小物體的捕獲和操縱的關(guān)鍵。
[0004]現(xiàn)有的壓力聚焦還在探索之中，存在很多問題，如難以對準(zhǔn)，對很多材料來說效果很差，難以實(shí)現(xiàn)f#值接近于I。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供了一種聲學(xué)鑷子壓力聚焦球面的成形裝置及成形方法，其成形裝置結(jié)構(gòu)簡單，容易在超聲換能器的壓電片上形成聚焦球面，其方法形成的聚焦球面容易使超聲換能器實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的壓力聚集。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種聲學(xué)鑷子壓力聚焦球面的成形裝置，包括下座，所述下座向上安裝有多根導(dǎo)柱，有上座活動(dòng)穿裝在該多根導(dǎo)柱上，每根導(dǎo)柱上均螺紋連接有用于向下推動(dòng)上座移動(dòng)的旋鈕，所述下座向上安裝有導(dǎo)向座，所述導(dǎo)向座內(nèi)設(shè)置有用于套裝超聲換能器的外殼的定位圓通孔，所述定位圓通孔的軸線豎直設(shè)置，所述定位圓通孔內(nèi)套裝有限位片，所述限位片上設(shè)置有與超聲換能器的壓電片的直徑相等且軸線同線的限位圓通孔，限位圓通孔與定位圓通孔同軸，所述限位圓通孔處放置有與其半徑一致的壓力球，壓力球的下端露出限位圓通孔，所述上座的底端向下安裝有壓力座，壓力座的底端在對應(yīng)于壓力球的位置設(shè)置有與壓力球半徑一致的球形槽，壓力座在球形槽處的內(nèi)壁能推動(dòng)壓力球向下移動(dòng)來擠壓超聲換能器的壓電片。
[0007]優(yōu)選地，所述壓力座整體呈柱形，所述壓力座與定位圓通孔同軸，壓力座的外徑與定位圓通孔的直徑一致。
[0008]優(yōu)選地，所述球形槽的體積小于壓力球的體積的二分之一。
[0009]優(yōu)選地，所述導(dǎo)向座整體呈柱形，所述導(dǎo)向座與定位圓通孔同軸。
[0010]按照本發(fā)明的另一個(gè)方面，本發(fā)明提供了一種利用成形裝置進(jìn)行聲學(xué)鑷子壓力聚焦球面成形的方法，包括以下步驟:
[0011]I)先將限位片和壓力球取下，將超聲換能器套裝在導(dǎo)向座內(nèi)，然后再將限位片套接在導(dǎo)向座內(nèi)，將壓力球放進(jìn)限位圓通孔內(nèi)；讓限位片位于超聲換能器的外殼的上方；
[0012]2)將成型裝置和超聲換能器一起放入恒溫烘箱中加熱，然后取出并擰動(dòng)旋鈕，使旋鈕向下推動(dòng)上座，壓力座帶動(dòng)壓力球向下移動(dòng)，壓力球使超聲換能器的壓電片產(chǎn)生變形；
[0013]3)重復(fù)步驟2)，直至超聲換能器的壓電片達(dá)到變形極限，然后從成形裝置上取出超聲換能器。
[0014]總體而言，通過本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，能夠取得下列有益效果:本發(fā)明采用同軸的原理，其成形裝置結(jié)構(gòu)簡單。相比于其他譬如裝配聲透鏡(lens)工藝方法，本成形方法更加簡單，比采用lens的工藝方法來成形聚焦球面更便宜，本方法可以取代裝配聲透鏡(lens)工藝方法。另外，本成形方法能保證小球與超聲換能器中心能夠準(zhǔn)確對準(zhǔn)，容易在超聲換能器的壓電片正中心上形成聚焦球面；通過可控的壓力裝置，使聚焦球面的彎曲程度達(dá)到較大值，使得F#更接近于I。總之，這種方法簡單，容易實(shí)現(xiàn)，形成的聚焦球面容易使超聲換能器壓電片中心實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的壓力聚焦。
【附圖說明】
[0015]圖1是本發(fā)明中成形裝置工作時(shí)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016]圖2是本發(fā)明中成形裝置工作時(shí)的剖視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個(gè)實(shí)施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。
[0018]如圖1、圖2所示，一種聲學(xué)鑷子壓力聚焦球面的成形裝置，包括下座1，所述下座I向上安裝有多根導(dǎo)柱2，有上座3活動(dòng)穿裝在該多根導(dǎo)柱2上，所述導(dǎo)柱2上螺紋連接有用于向下推動(dòng)上座3移動(dòng)的旋鈕4，所述下座I向上安裝有導(dǎo)向座5，所述導(dǎo)向座5內(nèi)設(shè)置有用于套裝超聲換能器6的外殼的定位圓通孔51，所述定位圓通孔51的軸線豎直設(shè)置，所述定位圓通孔51內(nèi)套裝有限位片7，所述限位片7上設(shè)置有與超聲換能器6的壓電片的直徑相等且軸線同線的限位圓通孔71，限位圓通孔71與定位圓通孔51同軸，所述限位圓通孔71處放置有與其半徑一致的壓力球8，壓力球8的下端露出限位圓通孔71，所述上座3的底端向下安裝有壓力座9，壓力座9的底端在對應(yīng)于壓力球8的位置設(shè)置有與壓力球8半徑一致的球形槽91，優(yōu)選地，所述壓力座9整體呈柱形，所述壓力座9與定位圓通孔51同軸，壓力座9的軸線穿過球形槽91的球心。壓力座9在球形槽91處的內(nèi)壁能推動(dòng)壓力球8向下移動(dòng)來擠壓超聲換能器6的壓電片。所述球形槽91的體積小于壓力球8的體積的二分之一，以便于其