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打开COMSOL时总想着搞点有意思的声场操控,这次咱们来折腾三维相控阵的声镊系统。实验室里那些悬浮的微粒子在声场里跳舞的样子,可比刷短视频带劲多了

comsol三维相控阵声镊-双声镊-四声镊 可用于粒子悬浮粒子操纵,只有声学模块 压力声学-频域,相位差设置 模型包括整体声压分布、切面声压分布、等值面、焦点平面声压分布。

先从核心配置说起,在压力声学-频域接口里搞事情。阵列换能器的相位差设置就像给喇叭们编排舞蹈动作,这里有个骚操作:在全局参数里定义phaseoffset变量,然后直接在换能器边界条件里用-2pi(sqrt((x-x0)^2+(y-y0)^2))/lambda + phaseoffset这种表达式控制每个阵元的相位延迟。

双声镊的关键在于两个相位控制组。举个栗子,用参数化扫描分别设置0°和180°相位差时,声辐射力场会在空间中形成两个能量陷阱。代码层面其实就是在求解器里配置参数化扫描:

study = model.study("std1") study.param('p1', ['0[deg]','180[deg]'])

这时候运行完计算,切面图里的声压分布会出现明显的双峰结构。记得在截面图的表达式里输入acpr.PA,然后调整颜色范围让对比更明显。

comsol三维相控阵声镊-双声镊-四声镊 可用于粒子悬浮粒子操纵,只有声学模块 压力声学-频域,相位差设置 模型包括整体声压分布、切面声压分布、等值面、焦点平面声压分布。

四声镊更带劲,需要构造四个相位梯度。这里有个坑:直接做360°四等分相位容易导致能量分散,实际得用梯度相位分布。比如在环形阵列中让相邻换能器的相位差按等差序列递增,代码实现可以这样:

for i=1:numElements phaseValues(i) = (i-1)*360/numElements; end

后处理阶段必须秀一波等值面,用acpr.PA>=阈值来显示能量集中区域。焦点平面得单独建个平面数据集,用坐标偏移锁定z=0平面,这时候声压云图里要是出现四个对称的红色高亮区,说明相位设置到位了。

最后在粒子追踪模块里(虽然原题说只用声学模块),其实可以取个巧:用声辐射力公式手动定义粒子受力场,然后导出数据到MATLAB做运动轨迹动画。毕竟看着微粒在空中玩贪吃蛇,才是声镊最大的乐趣不是?

http://www.jsqmd.com/news/475903/

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