換能器的案例
ANSYS軟件在模擬分析聲學(xué)換能器中的應(yīng)用
aANSYS是通常用于分析和設(shè)計(jì)聲學(xué)換能器的有限元軟件之一,通過實(shí)例給出分析聲學(xué)換能器的處理過程,包括建模、施加載荷、設(shè)置求解選項(xiàng)、使用后處理器、以及獲得換能器振動(dòng)輻射參數(shù)的一般過程,并涉及寬帶換能器、矢量換能器的發(fā)射與接收問題,對(duì)ANSYS有限元軟件模擬換能器的一些經(jīng)常遇到的問題細(xì)節(jié)的處理方法做了較全面的概括。還簡(jiǎn)要討論了流體中結(jié)構(gòu)模態(tài)分析的一般處理方法,對(duì)結(jié)果數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)學(xué)運(yùn)算操作并獲得換能器的特性參數(shù)等等。
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展開 華中科大牛廣達(dá)教授Nature子刊：鈣鈦礦在光聲換能器成功應(yīng)用！
鈣鈦礦導(dǎo)熱系數(shù)小，比熱容低(2962 J kg?1 K?1)，吸收系數(shù)高(104 — 105 cm?1)，是應(yīng)用于光聲轉(zhuǎn)換器的關(guān)鍵特征，然而目前尚無報(bào)道。
光聲換能器可以提供超聲脈沖，具有廣泛的應(yīng)用，從生物醫(yī)學(xué)成像、治療性消融、大腦調(diào)制到無損檢測(cè)。與傳統(tǒng)壓電超聲換能器（大量布線和電磁干擾）相比，光聲換能器利用激光代替電力作為驅(qū)動(dòng)源，避免了電子元件組裝的復(fù)雜性，光纖發(fā)射器甚至允許介入心臟病學(xué)應(yīng)用。光聲換能器依賴于復(fù)合材料，一個(gè)負(fù)責(zé)光吸收，另一個(gè)負(fù)責(zé)熱膨脹，其中聚二甲基硅氧烷（PDMS）因其高熱膨脹（β = 0.92 × 10?3 K?1）和光學(xué)透明度而專門用作熱膨脹層，這使得可以使用可見激光進(jìn)行激發(fā)，并使用類似于水的聲阻抗來減少界面上的超聲損耗。在光吸收方面，碳材料，包括蠟燭煙塵顆粒、碳納米管（CNTs）和碳納米纖維，由于吸收系數(shù)大和熱容量低而被廣泛使用。最先進(jìn)的光聲換能器利用碳納米管和PDMS的復(fù)合材料，實(shí)現(xiàn)了?6 dB帶寬為39.8 MHz，峰值頻率為28.5 MHz，超聲峰峰值幅度為~2.72 MPa。上述聲壓和帶寬仍落后于傳統(tǒng)壓電轉(zhuǎn)換器。因此，光聲換能器的主要挑戰(zhàn)是同時(shí)實(shí)現(xiàn)寬帶寬和高聲壓，這是高分辨率超聲成像的兩個(gè)決定性標(biāo)準(zhǔn)。
圖 1. 基于鈣鈦礦的光聲換能器。a 光聲換能器和表征系統(tǒng)的示意圖。b 聲場(chǎng)的模擬分布。c 實(shí)驗(yàn)測(cè)量的光聲換能器的聲波（黑色曲線）和頻譜（紅色曲線）。
圖 2. MAPbI3的熱性能分析。a 光聲換能器的機(jī)制。b 測(cè)量的鈣鈦礦和其他代表性吸收劑的比熱容。c 測(cè)量的不同光吸收材料的熱擴(kuò)散系數(shù)。d MAPbI3內(nèi)發(fā)熱過程的示意圖。e MAPbI3的計(jì)算聲子譜。f 聲子譜的態(tài)密度。
圖3. PDMS層厚度對(duì)波傳播的影響。
展開 多物理場(chǎng)仿真助力精確評(píng)估并優(yōu)化麥克風(fēng)與換能器設(shè)計(jì)
優(yōu)化振動(dòng)換能器的設(shè)計(jì)
除了改良麥克風(fēng)設(shè)計(jì)之外，Brüel & Kj?r 的工程師還使用多物理場(chǎng)仿真對(duì)振動(dòng)換能器設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化與測(cè)試。他們的目標(biāo)是創(chuàng)造一款擁有高內(nèi)置電阻的設(shè)備，以適應(yīng)惡劣的環(huán)境。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，工程師必須設(shè)計(jì)出在所測(cè)振動(dòng)范圍內(nèi)沒有共振頻率的設(shè)備。所需振動(dòng)范圍內(nèi)的共振會(huì)破壞測(cè)量的準(zhǔn)確性。
懸掛式壓電振動(dòng)換能器的仿真結(jié)果。
為了保證裝置設(shè)計(jì)產(chǎn)生平滑的響應(yīng)，研究人員嘗試了不同的材料和幾何組合。最終，通過增加一個(gè)機(jī)械濾波器，他們成功地設(shè)計(jì)了一款誤差范圍不超過 10％~12％ 的振動(dòng)換能器，此數(shù)值完全在可接受的范圍內(nèi)。
縮小誤差，完善測(cè)量
任何設(shè)備都不是完美的，但仿真打開了一條通向盡可能接近完美的通道。Brüel & Kj?r 的工程師可以在不同情況下迅速對(duì)新設(shè)計(jì)進(jìn)行有效測(cè)試，獲得無法通過實(shí)驗(yàn)確定的結(jié)果。仿真為企業(yè)提供了特別的信息優(yōu)勢(shì)，不斷推出創(chuàng)新設(shè)計(jì)，從而在競(jìng)爭(zhēng)中保持領(lǐng)先地位。
來源：COMSOL
展開 案例39-引線鍵合超聲換能器
該示例問題模擬用于引線鍵合應(yīng)用的超聲換能器的電激勵(lì)。該模型包括壓電材料定義、預(yù)應(yīng)力模態(tài)和諧波響應(yīng)分析。
介紹
引線鍵合是使用精細(xì)金屬（如金或鋁）線在集成電路（IC）及其封裝之間創(chuàng)建互連的最常用的工藝。在楔形鍵合中，施加超聲波能量、壓力和熱量以形成鍵合；該方法避免了雜質(zhì)的引入，并提供了材料選擇的靈活性。對(duì)于較大直徑的電線，頻率通常在50-60kHz左右，而對(duì)于較小直徑的電線來說，頻率更高，高達(dá)200kHz。
換能器的設(shè)計(jì)包括檢查與其縱向運(yùn)動(dòng)相關(guān)的固有頻率。例如，幾何形狀的變化會(huì)影響設(shè)備的振動(dòng)和電氣特性。
在壓電陶瓷中，施加的電壓在材料中引起應(yīng)變（位移），反之亦然，證明電場(chǎng)和結(jié)構(gòu)場(chǎng)的耦合。壓電陶瓷在拉伸時(shí)非常脆，因此需要預(yù)加載以使陶瓷在操作中保持壓縮應(yīng)力狀態(tài)。
問題描述
下圖顯示了本例中使用的超聲波換能器：
粘合工具由氧化鋁制成，顯示在最左側(cè)。它通過小螺釘（未建模）連接到鈦喇叭。喇叭連接到壓電驅(qū)動(dòng)器組件。驅(qū)動(dòng)器組件由夾在鋁前板和背板之間的壓電環(huán)組成，通過提供預(yù)應(yīng)力的鋼螺栓連接在一起。傳感器通過鋼支架安裝在機(jī)器上。
支架應(yīng)放置在傳感器的節(jié)點(diǎn)處，以獲得最佳性能。在沒有支架的情況下進(jìn)行模態(tài)分析，并確定第一縱向模態(tài)。
如下圖所示，輪廓范圍為-1至1的z位移圖提供了定位支架的適當(dāng)位置：
建模
傳感器的三維模型在ANSYS DesignModeler中創(chuàng)建，并在ANSYS Mechanical中進(jìn)行網(wǎng)格化，如下圖所示：
壓電單元用SOLID226劃分網(wǎng)格，其他部分用SOLID186和SOLID187單元?jiǎng)澐志W(wǎng)格。單元總數(shù)為67756，節(jié)點(diǎn)總數(shù)為115414。
耦合場(chǎng)單元SOLID226支持許多物理類型。在這種情況下，KEYOPT（1）＝1001指定壓電行為。
展開 
壓電換能器數(shù)值仿真 ￥1500
<p> 壓電式換能器是利用某些<a href="https://baike.baidu.com/item/%E5%8D%95%E6%99%B6%E6%9D%90%E6%96%99/2436698?fromModule=lemma_inlink" rel="noopener noreferrer" target="_blank">單晶材料</a>的壓電效應(yīng)和某些<a href="https://baike.baidu.com/item/%E5%A4%9A%E6%99%B6%E6%9D%90%E6%96%99/9051887?fromModule=lemma_inlink" rel="noopener noreferrer" target="_blank">多晶材料</a>的電致伸縮效應(yīng)來將電能與聲能進(jìn)行相互轉(zhuǎn)換的器件。因其電聲效率高、<a href="https://baike.baidu.com/item/%E5%8A%9F%E7%8E%87/808705?fromModule=lemma_inlink" rel="noopener noreferrer" target="_blank">功率</a>容量大以及結(jié)構(gòu)和形狀可以根據(jù)不同的應(yīng)用分別進(jìn)行設(shè)計(jì)，在功率超聲領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。</p><p> 本案例建立了一簡(jiǎn)化的三層壓電能換能器結(jié)構(gòu)模型，模型由上至下分別為鈷酸鋰、銅箔、鈷酸鋰，此外，考慮了完美匹配層或虛構(gòu)域等減少聲波反彈，基于COMSOL軟件建立了二維模型，采用彈性波和壓力聲學(xué)物理場(chǎng)模塊，計(jì)算了多層介質(zhì)下的聲壓分布圖，如圖1所示，底部設(shè)置接收裝置，接收完整的波形信號(hào)，如圖2所示。
展開 Comsol多場(chǎng)耦合應(yīng)用-超聲波換能器
1、模型簡(jiǎn)介：本模型為超聲波換能器，重點(diǎn)講解了模型物理場(chǎng)的設(shè)置和邊界的加載以及對(duì)結(jié)果后處理的一些技巧。
視頻鏈接：http://www.yqgqt.org.cn/college/video/c10148
2、聲壓級(jí)隨著號(hào)筒口寬度變化如下圖所示：
3、本模型主要用到了壓力聲學(xué)、固體力學(xué)和靜電三個(gè)物理場(chǎng)，操作界面如下：
基于comsol的曲面換能器激發(fā)表面波仿真 ￥1870
</p><p><br></p><p> 我們采用一個(gè)曲面換能器對(duì)金屬表面聚焦，激發(fā)向前傳播的表面波，并完成對(duì)裂紋的反射和散射。</p><p><br></p><p> 在裂紋附近設(shè)置一個(gè)探針，探測(cè)的波形如下 。<br></p><p><img src="https://img.jishulink.com/upload/202009/2ea0381f0aa84397a85d4200b2a7130b.png" style="width: 340px; height: 193px;" width="340" height="193" data-mobile-src="https://img.jishulink.com/upload/202009/2ea0381f0aa84397a85d4200b2a7130b.png?image_process=/format,webp" data-pc-src="https://img.jishulink.com/upload/202009/2ea0381f0aa84397a85d4200b2a7130b.png?
展開 仿真助力超聲聚焦的臨床應(yīng)用研究
設(shè)計(jì)無創(chuàng)超聲設(shè)備的換能器
超聲波擁有一大優(yōu)勢(shì)：無需貫穿發(fā)射信號(hào)與目標(biāo)之間的傳播路徑，就能夠到達(dá)金屬、人體器官或生物組織內(nèi)部。與外科醫(yī)生使用的醫(yī)療手術(shù)刀不同，超聲波不會(huì)在患者皮膚上留下任何疤痕，它能精準(zhǔn)地對(duì)目標(biāo)組織進(jìn)行治療，周圍的健康組織受損傷的風(fēng)險(xiǎn)也很低。聚焦超聲波已用于或可用于治療前列腺癌和乳腺癌、高血壓，甚至是青光眼等疾病。
根據(jù)不同的換能器設(shè)計(jì)，超聲波有幾種聚焦方式。COMSOL Multiphysics? 軟件是模擬和優(yōu)化換能器的有力工具。設(shè)計(jì)一款能夠有效制造出可到達(dá)靶區(qū)的超聲場(chǎng)的換能器可能是一項(xiàng)棘手的任務(wù)。它依賴于發(fā)射信號(hào)的頻率和功率；超聲波傳播介質(zhì)的衰減和吸收；當(dāng)然還有換能器本身的位置和尺寸。
圖 1：超聲換能器產(chǎn)生的聲場(chǎng)示意圖。
換能器發(fā)射的信號(hào)有兩種聚焦方式：
修改換能器元件的曲率半徑，使其等于焦距（參考上方示意圖）
對(duì)平面陣列換能器施加電壓時(shí)引入相位延遲（參考下方示意圖）
圖 2：用于集中聲信號(hào)的超聲探頭示意圖，它帶有壓電換能器陣列（相控陣）。換能器由背襯材料、壓電元件以及測(cè)試樣品（此圖中為生物組織）的匹配層組成。
很多人選擇使用 COMSOL Multiphysics 對(duì)上述兩種方法進(jìn)行研究。它不僅能模擬超聲傳播，還可以將超聲聚焦仿真與傳熱仿真，甚至是生物組織的損傷規(guī)律耦合在一起。利用這種方式，我們可以快速直觀地觀察聚焦效應(yīng)是否能夠治愈適量的組織，并檢查凝固性壞死的位置和體積，且所有操作只在一個(gè)建模界面內(nèi)完成。
模擬幾何聚焦探頭
發(fā)射器的形狀直接決定了超聲聚焦方式。“聲學(xué)模塊”中的一個(gè)相關(guān)教學(xué)案例對(duì)此現(xiàn)象與傳熱現(xiàn)象進(jìn)行了良好的耦合。雖然其聲學(xué)仿真采用了一些假設(shè)，比如忽略了非線性效應(yīng)和剪切波，但是它在聚焦區(qū)對(duì)探針參數(shù)的敏感性方面提供了有價(jià)值的信息。
展開 超聲聚焦的仿真研究
設(shè)計(jì)無創(chuàng)超聲設(shè)備的換能器
超聲波擁有一大優(yōu)勢(shì)：無需貫穿發(fā)射信號(hào)與目標(biāo)之間的傳播路徑，就能夠到達(dá)金屬、人體器官或生物組織內(nèi)部。與外科醫(yī)生使用的醫(yī)療手術(shù)刀不同，超聲波不會(huì)在患者皮膚上留下任何疤痕，它能精準(zhǔn)地對(duì)目標(biāo)組織進(jìn)行治療，周圍的健康組織受損傷的風(fēng)險(xiǎn)也很低。聚焦超聲波已用于或可用于治療前列腺癌和乳腺癌、高血壓，甚至是青光眼等疾病。
根據(jù)不同的換能器設(shè)計(jì)，超聲波有幾種聚焦方式。COMSOL Multiphysics? 軟件是模擬和優(yōu)化換能器的有力工具。設(shè)計(jì)一款能夠有效制造出可到達(dá)靶區(qū)的超聲場(chǎng)的換能器可能是一項(xiàng)棘手的任務(wù)。它依賴于發(fā)射信號(hào)的頻率和功率；超聲波傳播介質(zhì)的衰減和吸收；當(dāng)然還有換能器本身的位置和尺寸。
圖 1：超聲換能器產(chǎn)生的聲場(chǎng)示意圖。
展開 濾筒除塵器能自己換嗎？
3、這樣就能看見里面有個(gè)長(zhǎng)方形的小蓋板，打開兩側(cè)的鎖扣打開小蓋板就能看見濾芯了，進(jìn)行更換就可以了。
清洗方法，避免了除塵過程中的“再吸附”現(xiàn)象，這樣將二次除塵。作為除塵器的關(guān)鍵部件，除塵濾筒的質(zhì)量直接影響著除塵器的除塵效率。
不過伴隨著濾筒的長(zhǎng)時(shí)間過濾，附著在其表面的灰塵愈來愈多，這些沉積的灰塵會(huì)將過濾孔徑堵死，除塵器的清灰系統(tǒng)也無法將這些灰塵清理干凈，這樣除塵器的除塵效果會(huì)明顯下降。因此，除塵器的使用者需要對(duì)除塵濾芯濾筒進(jìn)行更換，不過更換時(shí)要注意以下事項(xiàng)：
1除塵濾筒是以硬質(zhì)濾料折疊而成，表面有一層覆膜，易受外部壓力的擠壓產(chǎn)生損壞；更換濾筒時(shí)請(qǐng)輕拿輕放，不要敲擊濾筒也要防止其跌落地面，產(chǎn)生損傷，發(fā)生漏氣現(xiàn)象。
2濾筒更換無需輔助工具，先打開除塵器檢修門的卡緊裝置，待除塵濾芯濾筒更換完畢后，重新卡緊即可。
3更換臟濾筒時(shí)，動(dòng)作幅度要輕，以防止產(chǎn)生灰塵四散的情況；新濾筒放入之前，先把過濾室散落的灰塵清理干凈。
4更換下來的臟濾筒不要隨意拆卸和丟棄，可提前準(zhǔn)備好垃圾袋，把替換下來的臟濾筒放入垃圾袋中運(yùn)走處理，以減少對(duì)周邊環(huán)境的污染
除塵器是一種構(gòu)造較為簡(jiǎn)單的工業(yè)設(shè)備，但是，除塵濾芯濾筒的更換也無需技術(shù)人員操作，只要遵守以上幾點(diǎn)，新手小白也可以進(jìn)行更換，還不耽誤生產(chǎn)時(shí)間，方便又便捷。
展開 濾筒除塵器能自己換嗎？
3、這樣就能看見里面有個(gè)長(zhǎng)方形的小蓋板，打開兩側(cè)的鎖扣打開小蓋板就能看見濾芯了，進(jìn)行更換就可以了。
除塵濾芯濾筒是一種用來進(jìn)行過濾的筒狀元件，一般分為過濾氣體介質(zhì)的濾筒和過濾液體介質(zhì)的濾筒，通常我們所指的濾筒大多是用來過濾氣體的，稱之為空氣濾筒（以下簡(jiǎn)稱濾筒）。濾筒屬于表面過濾元件，它是利用濾材表面形成的微小透氣組織阻擋掉氣體中的粒狀物質(zhì)。
濾芯濾筒采用的是離線三態(tài)過程，分別是：過濾、清洗、靜態(tài)清洗方法，避免了除塵過程中的“再吸附”現(xiàn)象，這樣將二次除塵。作為除塵器的關(guān)鍵部件，除塵濾筒的質(zhì)量直接影響著除塵器的除塵效率。
不過伴隨著濾筒的長(zhǎng)時(shí)間過濾，附著在其表面的灰塵愈來愈多，這些沉積的灰塵會(huì)將過濾孔徑堵死，除塵器的清灰系統(tǒng)也無法將這些灰塵清理干凈，這樣除塵器的除塵效果會(huì)明顯下降。因此，除塵器的使用者需要對(duì)除塵濾芯濾筒進(jìn)行更換，不過更換時(shí)要注意以下事項(xiàng)：
1、除塵濾筒是以硬質(zhì)濾料折疊而成，表面有一層覆膜，易受外部壓力的擠壓產(chǎn)生損壞；更換濾筒時(shí)請(qǐng)輕拿輕放，不要敲擊濾筒也要防止其跌落地面，產(chǎn)生損傷，發(fā)生漏氣現(xiàn)象。
2、濾筒更換無需輔助工具，先打開除塵器檢修門的卡緊裝置，待除塵濾芯濾筒更換完畢后，重新卡緊即可。
3、更換臟濾筒時(shí)，動(dòng)作幅度要輕，以防止產(chǎn)生灰塵四散的情況；新濾筒放入之前，先把過濾室散落的灰塵清理干凈。
4、更換下來的臟濾筒不要隨意拆卸和丟棄，可提前準(zhǔn)備好垃圾袋，把替換下來的臟濾筒放入垃圾袋中運(yùn)走處理，以減少對(duì)周邊環(huán)境的污染
雖然除塵器是一種構(gòu)造較為簡(jiǎn)單的工業(yè)設(shè)備，但是，除塵濾芯濾筒的更換也無需技術(shù)人員操作，只要遵守以上幾點(diǎn)，新手小白也可以進(jìn)行更換，還不耽誤生產(chǎn)時(shí)間，方便又便捷。
展開 
除塵器濾筒能自己換嗎？
作為除塵器的關(guān)鍵部件，除塵濾筒的質(zhì)量直接影響著除塵器的除塵效率。
不過伴隨著濾筒的長(zhǎng)時(shí)間過濾，附著在其表面的灰塵愈來愈多，這些沉積的灰塵會(huì)將過濾孔徑堵死，除塵器的清灰系統(tǒng)也無法將這些灰塵清理干凈，這樣除塵器的除塵效果會(huì)明顯下降。因此，除塵器的使用者需要對(duì)除塵濾芯濾筒進(jìn)行更換，不過更換時(shí)要注意以下事項(xiàng)：
1、除塵濾筒是以硬質(zhì)濾料折疊而成，表面有一層覆膜，易受外部壓力的擠壓產(chǎn)生損壞；更換濾筒時(shí)請(qǐng)輕拿輕放，不要敲擊濾筒也要防止其跌落地面，產(chǎn)生損傷，發(fā)生漏氣現(xiàn)象。
2、濾筒更換無需輔助工具，先打開除塵器檢修門的卡緊裝置，待除塵濾芯濾筒更換完畢后，重新卡緊即可。
3、更換臟濾筒時(shí)，動(dòng)作幅度要輕，以防止產(chǎn)生灰塵四散的情況；新濾筒放入之前，先把過濾室散落的灰塵清理干凈。
4、更換下來的臟濾筒不要隨意拆卸和丟棄，可提前準(zhǔn)備好垃圾袋，把替換下來的臟濾筒放入垃圾袋中運(yùn)走處理，以減少對(duì)周邊環(huán)境的污染
雖然除塵器是一種構(gòu)造較為簡(jiǎn)單的工業(yè)設(shè)備，但是，除塵濾芯濾筒的更換也無需技術(shù)人員操作，只要遵守以上幾點(diǎn)，新手小白也可以進(jìn)行更換，還不耽誤生產(chǎn)時(shí)間，方便又便捷。
展開 懶骨頭有福了？懸浮技術(shù)發(fā)明讓你“飯來張口”
不過現(xiàn)在，先放下你手中的刀叉匙筷，英國科學(xué)家已成功發(fā)明一種食物漂浮傳遞系統(tǒng)，如果你是能躺著絕不坐著的懶骨頭，以后或許有機(jī)會(huì)享受“飯來張口不伸手”的待遇。
每個(gè)人或多或少都有發(fā)懶的一刻，當(dāng)懶情緒上身時(shí)，我們只想攤開四肢，放空腦袋，什么都不做。最近，來自英國薩塞克斯大學(xué)人機(jī)互動(dòng)實(shí)驗(yàn)室（SCHI Lab）的工程師利用一對(duì)超音波換能器（ultrasonic transducer），創(chuàng)造了名為“TastyFloats”的非接觸式食物運(yùn)送系統(tǒng)，可以將食物從這一端傳送到另一端，發(fā)懶的你所要做的就是放輕松待在原地，然后張開嘴巴，等食物自己進(jìn)入口中，連餐具都無須提起（如果你真的懶到連進(jìn)食都不想動(dòng)）。
超音波換能器是一種能把電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械振動(dòng)能（即超音波）的設(shè)備，借由物體的傳導(dǎo)將能量傳到目標(biāo)端，依據(jù)工作原理和所用材料可區(qū)分出壓電換能器、靜電換能器（電容換能器）、磁致伸縮換能器、電磁聲換能器、機(jī)械換能器等類型。一般來說，超音波被廣泛應(yīng)用醫(yī)學(xué)診斷、軍事或工業(yè)領(lǐng)域上，而過去也有科學(xué)家利用超音波駐波的特性來傳遞電子元件，但這次科學(xué)家突發(fā)奇想，將之用于傳遞食物。
（Source：ACM SIGCHI 影片截圖）
當(dāng)兩列傳播方向相反，但振幅、頻率都相同的波相遇時(shí)會(huì)合成駐波，在 TastyFloats 系統(tǒng)中，上下（或左右）彼此相對(duì)的超音波換能器可以讓中間區(qū)塊形成超音波駐波，研究人員在振幅為零的節(jié)點(diǎn)上置入少量的液體或固體，不過駐波波形無法前進(jìn)亦無法傳播能量，因此研究人員再利用改變相位陣列的方式來操縱波的移動(dòng)，讓物體隨著節(jié)點(diǎn)位移在空中前進(jìn)。目前，研究人員已經(jīng)測(cè)試了移動(dòng)葡萄酒、藍(lán)莓、面包、萵苣、肉、面包和覆盆子顆粒。
展開 聲吶技術(shù)及其應(yīng)用
水聲換能器是聲納系統(tǒng)的重要部件，根據(jù)工作狀態(tài)的不同，可分為兩類：一類稱為發(fā)射換能器，它將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，再轉(zhuǎn)換為聲能;另一類稱為接收換能器，它將聲能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，再轉(zhuǎn)換為電能。實(shí)際應(yīng)用中的水聲換能器兼有發(fā)射和接收兩種功能，現(xiàn)代聲納技術(shù)對(duì)水聲發(fā)射換能器的要求是：低頻、大功率、高效率以及能在深海中工作等特性。根據(jù)水聲學(xué)的研究，人們發(fā)現(xiàn)用低頻聲波傳遞信號(hào)，對(duì)于遠(yuǎn)距離目標(biāo)的定位和檢測(cè)有著明顯的優(yōu)越性，因?yàn)榈皖l聲波在海水中傳播時(shí)，被海水吸收的數(shù)值比高頻聲波要低，故能比高頻聲波傳播更遠(yuǎn)的距離，這對(duì)增大探測(cè)距離非常有益。
二、聲波的傳播影響因子
影響聲吶工作性能的因素除聲吶本身的技術(shù)狀況外，外界條件的影響很嚴(yán)重。比較直接的因素有傳播衰減、多路徑效應(yīng)、混響干擾、海洋噪聲、自噪聲、目標(biāo)反射特征或輻射噪聲強(qiáng)度等，它們大多與海洋環(huán)境因素有關(guān)。例如，聲波在傳播途中受海水介質(zhì)不均勻分布和海面、海底的影響和制約，會(huì)產(chǎn)生折射、散射、反射和干涉，會(huì)產(chǎn)生聲線彎曲、信號(hào)起伏和畸變，造成傳播途徑的改變，以及出現(xiàn)聲陰區(qū)，嚴(yán)重影響聲吶的作用距離和測(cè)量精度。
聲波衰減是聲能在水體縱向上因水分子吸收、球形擴(kuò)散和散射而造成的能量損失。吸收是海水縱向方向上的一些水分子離合的結(jié)果。海水中的氯化鎂是吸收的最主要因素。吸收的快慢取決于海水的物理化學(xué)特性和聲波的發(fā)射頻率。一般而言，發(fā)射頻率大于100kHZ其吸收系數(shù)隨溫度的增加而增加。散射損失與海水縱向上的細(xì)小物質(zhì)有關(guān);散射主要由海洋生物造成的，海水深處的浮游生物聚集在深層散射層(DSL)，深層散射層的厚度每天都有變化。當(dāng)聲波或聲能穿過不同的界面時(shí)，聲波的方向就會(huì)因聲速的變化而折射，從而兩個(gè)界面的聲速不連續(xù)。
展開 讓聽障患者的世界更加清晰——使用 COMSOL Multiphysics 優(yōu)化助聽器設(shè)計(jì)
在對(duì)助聽器建模時(shí)，必須了解換能器與系統(tǒng)其余組件的相互作用。在某些情況下，研究這些相互作用需要借助全面詳實(shí)的模型，其計(jì)算成本也可想而知。一種簡(jiǎn)化的替代方法是將集總參數(shù)換能器模型與表征整個(gè)系統(tǒng)的多物理場(chǎng)模型相互耦合。在本文中，我們將探討樓氏（Knowles）電子公司推出的 ED-23146 型號(hào)接收器（或微型揚(yáng)聲器），并將接收器連接到試驗(yàn)裝置上，最后對(duì)仿真結(jié)果與測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比。
多物理場(chǎng)仿真助力改進(jìn)助聽器設(shè)計(jì)
為了開發(fā)性能更出色的助聽器，工程師不斷改進(jìn)設(shè)計(jì)，力求增強(qiáng)音質(zhì)、增加聲音輸出、減少反饋問題、開發(fā)新功能，為患者帶來更多便利。例如，未來的助聽器可能安裝腦機(jī)接口，讓聽力障礙人士能夠忽略背景噪音，更方便傾聽個(gè)人交談或聲音。
耳背式（behind-the-ear，簡(jiǎn)稱 BTE）助聽器。圖片由 UdoSchr?ter 提供。在 CC BY-SA 3.0 許可下使用，通過維基共享資源發(fā)布。
仿真分析與助聽器的結(jié)合有利于工程師開發(fā)創(chuàng)新設(shè)備。對(duì)于此類研究，他們需要分析換能器與整個(gè)系統(tǒng)之間的相互作用。一些研究——例如換能器安裝結(jié)構(gòu)的隔振分析——需要借助極其詳細(xì)的多物理場(chǎng)模型，并描述換能器內(nèi)部的工作細(xì)節(jié)。所以此類研究的計(jì)算量相當(dāng)大。
至于其他類型的研究，例如計(jì)算助聽器的電聲響應(yīng)，工程師可以改用集總參數(shù)建模。具體步驟包括：創(chuàng)建換能器的集總參數(shù)模型（或使用制造商提供的模型），然后將其耦合到表征系統(tǒng)其余部分的多物理場(chǎng)模型。這時(shí)集總參數(shù)換能器模型充當(dāng)了電聲類比，與 SPICE 模型中使用的類比相似。
利用集總參數(shù)建模方法分析助聽器
下面，我們一起研究表征 ED-23146 平衡電樞接收器（又稱微型揚(yáng)聲器）的多物理場(chǎng)模型。這款接收器是美國伊利諾斯州樓市電子公司研發(fā)的產(chǎn)品，模型數(shù)據(jù)也來自該公司。
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