超声波驻波悬浮平台，物体在声压波腹附近时，周围压力变化剧烈且对称，但净力为零，且此处不稳定，物体会被推开。
物体在声压波节附近时，由于声压梯度（从波腹到波节压力变化很大）的存在，物体会被“推"向压力更稳定的区域——即声压波节。

因此，声辐射力的合力方向总是指向声压节点（对于大多数常见材料，如液体、固体颗粒）。

超声波驻波悬浮平台 ，这是一种非常直观且神奇的非接触式操控技术。

核心概念：

超声波驻波悬浮，简单来说，就是利用高强度超声波在空气中形成的驻波声场，在其声压节点处捕获并悬浮微小物体（如液滴、颗粒、小昆虫等）的技术。

超声波驻波悬浮平台 原理详解

1. 超声波的产生与传播

首先，需要一个超声波发射器（通常是压电陶瓷换能器），将其连接在驱动电路上，使其振动，发出频率很高（通常 >20KHz，常用20K-100KHz）的声波。

这种声波在空气中传播时，是一种纵波，即空气分子会在声波传播方向上发生疏密相间的振动，形成高声压区（密部）和低声压区（疏部）。

2. 驻波的形成

单独的一列声波无法稳定悬浮物体。关键步骤是形成驻波。

当超声波发射器发出的声波传播到远处的一个反射板时，会被反射回来。

如果调整发射器与反射板之间的距离（L），使其恰好等于超声波半波长（λ/2）的整数倍（即 L = n * λ/2），那么入射波和反射波就会发生干涉，形成一种看起来“静止"的波——驻波。

在驻波中，空间中会出现一系列固定不动的位置：

波腹：声压振幅最大的位置（振动最剧烈）。

波节：声压振幅为零的位置（几乎不振动）。

3. 声辐射力的产生（悬浮的关键）

当一个小物体（尺寸小于声波波长）被放入这个驻波声场中时，它会受到一种净作用力，称为声辐射力。

这种力来源于物体表面各处受到的声压不平衡。其机理可以简化理解（基于声波的伯努利效应和散射理论）：

物体在声压波腹附近时，周围压力变化剧烈且对称，但净力为零，且此处不稳定，物体会被推开。

物体在声压波节附近时，由于声压梯度（从波腹到波节压力变化很大）的存在，物体会被“推"向压力更稳定的区域——即声压波节。

因此，声辐射力的合力方向总是指向声压节点（对于大多数常见材料，如液体、固体颗粒）。

4. 稳定的悬浮

在垂直方向形成的驻波中，声压节点像一个个无形的“能量陷阱"或“势阱"。

重力会使物体向下坠落，但当它接近下方的某个声压节点时，强大的声辐射力会将其向上推回节点中心。

当向上的声辐射力与向下的重力达到平衡时，物体就会被稳定地“锁定"在某个特定的声压节点上，实现悬浮。

水平方向上，声场通常是对称的（如使用圆盘形换能器），物体也会被约束在声束的中心轴线上，从而实现三维空间的稳定捕获。

关键特点与条件

1、物体尺寸：必须远小于超声波波长（空气中20 kHz的波长约1.7厘米）。通常用于悬浮毫米级甚至微米级的物体（水珠、泡沫颗粒、小芯片、昆虫等）。

2、声波强度：需要较高的声强（通常超过150 dB）才能产生足以克服重力的声辐射力。但这对人体无害，因为超声波频率已超出人耳听觉范围。

3、介质要求：需要在空气（或其他流体介质）中进行，真空中无法实现，因为声波无法传播。

4、多重悬浮：由于驻波有多个等间距的节点，因此可以同时悬浮多个物体，它们会整齐地排列在不同高度的节点平面上。

系统基本构成

一个典型的超声波悬浮装置包括：

1、信号发生器：产生高频电信号。

2、功率放大器：将信号放大以驱动换能器。

3、超声波换能器：将电信号转换为机械振动，发射超声波。

4、反射板：位于换能器正对面，反射声波以形成驻波。距离可调以精确匹配驻波条件。

5、被悬浮物。

应用领域

1、材料科学：无容器处理，避免坩埚污染，用于研究超纯材料、过冷熔体、高温合金等。

2、分析化学：操控液滴作为“微反应器"，进行微量样品混合与分析。

3、制药学：无接触地操控和干燥对容器壁有粘附性的药物。

4、显示与交互：创造三维立体显示，用声场操控像素（可见光小球）。

5、生物技术：无损伤地捕获和操控细胞、昆虫等生物样品。

总结

超声波驻波悬浮的本质，是利用入射波与反射波干涉形成的稳定声场（驻波），其声压节点对微小物体产生的净声辐射力（声压梯度力），以此来平衡重力，从而实现非接触的捕获与悬浮。 它很好地展示了如何利用“不可见"的声波来操控“可见"的物体。