题目：抛物线旋转聚焦辐射体声悬浮装置的研究

声悬浮是声波发生器产生的声波经反射板反射后，反射波与发射波在空间相遇、叠加形成声驻波，位于波节处的物体可以被稳定悬浮起来的一种声学技术[1]。在超声频率范围和高声强条件下，声场的非线性特点会表现的非常明显。超声悬浮其实就是物体在非线性声场中受到声辐射压力与重力相平衡而静止不动的一种非线性现象。其基本原理是利用声驻波所产生的竖直方向的悬浮力与物体相互作用以克服物体的重量，同时在水平方向产生的定位力将物体固定于声压波节处。
该技术在工业，农业等多个领域已得到了广泛的应用。它也是在地面和空间条件下实现材料无容器处理的关键技术之一。在材料的无容器凝固、液体物理性质的非接触测量以及自由液滴动力学研究中发挥了巨大作用。农业中，为了培育优良种子，避免种子与外界接触也使用超声悬浮技术。和传统悬浮技术相比，它还有不受材料导电与否的限制，且悬浮和加热分别控制，因而还可用以研究非金属材料和低熔点合金的无容器凝固、加热、传输。同时随着航天技术的进步和空间资源的不断开发与利用，声悬浮的应用会更加多样，范围会更加广阔，将逐步发展成为一项很有潜力，应用前景无穷的无容器处理技术。
声悬浮装置的设计和搭建是能否成功悬浮物体的关键，一般分有单轴式和三轴式两种。单轴式是在竖直方向上产生一列驻波，其悬浮定位力由圆柱形谐振腔所激发的一定模式的声场来提供。三轴式是在空间三个正交方向分别激发一列驻波以控制物体的位置，可使悬浮物体在空间进行移动或转动。显然三轴式悬浮装置是以单轴式悬浮为基础，在装置设计和要求上要远复杂于单轴式的悬浮装置。
截止目前，声悬浮技术在实际中还没得到广泛的应用。这其中一个非常重要的原因就是很少有功能强、功率大、悬浮能力强而稳定的简单声悬浮装置。三轴式悬浮装置是在单轴式悬浮装置基础上发展起来且造价较为昂贵的仪器，大批量生产并不容易。如果能研制出辐射功率大、悬浮能力强的单轴式声悬浮装置，必然会使其得到更广泛而实际的应用。
本文针对当前单轴式声悬浮装置悬浮能力较弱，悬浮不稳定的现状，采用理论和实验相结合的方法，对单轴式声悬浮装置进行了改进并对影响悬浮能力的主要因素进行了较为系统、深入的研究，主要取得以下几方面的研究成果。
1、超声变幅杆可以把超声振动的位移振幅或速度振幅增大，并能与其他声学器件较容易的连接和匹配工作，故在利用变幅杆增大振幅的同时可以结合聚焦装置使声能聚焦，从而提高悬浮能力。
2、获得高声强的一种有效方法是利用声聚焦原理，把换能器设计成聚焦辐射型或利用声透镜进行聚焦；还可利用反射板将入射声波反射形成声驻波的方式进行聚焦。反射板表面形状的不同，反射板到辐射端面的距离不同获得的驻波声场，聚焦区域不同。
3、利用ANSYS有限元分析软件对超声振动悬浮系统中的超声变幅杆、声能聚焦体进行了振动形态的模拟，从而起到了指导和修正器件尺寸、结构，以便更好达到两者谐振的作用。
4、变幅杆与合理形状、尺寸的聚焦辐射体相结合，在两者阻抗匹配，谐振理想的情况下可以很大程度提高换能器的声辐射功率，在空间可以形成高强度声场，悬浮能力和稳定性有较大提高。
5、空气中的高频声波波长较短，以半个波长的间距改变反射板与发射端面的距离，观察了物体的悬浮位置和悬浮能力如何变化和分布，得到了随着反射板与发射端面间距不断减小悬浮能力先增强后减弱的实验结果。