Page 139 - 《应用声学》2023年第1期

第 42 卷 第 1 期 李荣和等： 气体物理性质对近场超声悬浮特性的影响研究 135

封穿过压力容器上端盖，容器下端与变幅杆节点处 压电式力传感器测量悬浮力，使用奇石乐 5015 电
的法兰连接并实现密封。采用激光测振仪测量悬浮 荷放大器连接力传感器读取测力示数，传感器线
面的准静态位移。实验装置的实物图和实验装置的 性度为 0.11%，测力时量程设定为 ±50 N，精度为
局部放大图如图6与图7所示。 50 N × 0.11% = 0.055 N，每次测量时首先将示数归
零，然后开启超声设备，此时电荷放大器示数即为所

ᄰጳവጸ 测试的悬浮力。每次测量重复3次后取平均值。

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图 5 实验装置示意图
Fig. 5 Schematic diagram of the experimental
setup
图 7 实验装置局部放大图
Fig. 7 Partial enlarged view of experimental device
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3 结果与讨论

实验中悬浮距离固定为 75 µm，通过调节超声
波发生器输出功率逐步提高超声波辐射面的振幅，
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并测量不同气体环境中悬浮力。图 8 为悬浮力测量
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值、声辐射压计算曲线与流体力学计算曲线。

图 6 装置实物图 12 ቇඡ-ܦᣣ࠱ԍ
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Fig. 6 Experimental setup ඬඡ-ܦᣣ࠱ԍ
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实验分别测量了空气、氩气、氦气3种气体环境 8 ඬඡ-ืʹҧߦ
中不同振幅的悬浮力。首先通过真空泵对密封腔内 ᛜ⎞࣋/N ቇඡ-฾តϙ
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部进行真空处理，然后在容器中充入干燥气体，通过 6 ඬඡ-฾តϙ
压力变送器测试容器内的气压，使容器内部保持常 4
压状态。使悬浮面与辐射面接触，然后驱动直线模
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组使悬浮距离达到设定值，通过单点式激光测振仪
测量悬浮面的位移，作为悬浮距离的冗余测试。由 0 10 15 20 25 30
于装置结构的限制，测量时激光与悬浮面保持 45 ◦ ૝ࣨ/µm
夹角，悬浮面的上表面贴有逆反射膜，可以使入射的 图 8 计算值与悬浮力测试值对比
激光反射回测振仪，保证测量信号强度，通过三角 Fig. 8 Comparison of calculated and measured
函数计算实际的垂直位移。使用奇石乐 9323AAA levitation forces