一种声悬浮装置、显微镜和无接触式检测系统的制作方法

本实用新型涉及声悬浮技术领域，尤其涉及一种声悬浮装置、显微镜和无接触式检测系统。

背景技术：

无容器技术是通过外场作用力来抵消实验样品自身重力实现样品的无接触、无器壁的实验处理方法。不同于传统的有容器技术，无容器消除了由于样品与器壁间的作用而导致的内应力，实验条件无需考虑器壁的耐温、耐腐蚀、表面状态等性能。无容器悬浮技术主要有空气动力悬浮、静电悬浮、电磁悬浮以及声悬浮，迄今为止,电磁悬浮是各种悬浮技术中最成熟的，然而它不能用于无机玻璃、陶瓷和有机材料等非导电材料，静电悬浮要求对材料和进行预先充电或极化处理，气动悬浮的稳定性较差。

而现有光学显微镜的观察方式都是将待观察样本切片后放置在载玻片和盖玻片之间，然后将玻片夹紧于显微镜载物台上继而通过目镜观察，这种观察方式不仅制作过程繁琐复杂，并且观察到图像的质量容易受到玻璃片的影响，细胞等微生物的生命活动也会受到外加容器壁玻璃的影响，更无法实现对细胞在微重力环境下生理活性的观察研究。另外，一些稍大的小型活性动物无法制成切片，显微放大观察时容易因其运动脱离目镜视野。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种声悬浮装置、显微镜和无接触式检测系统，通过采用驻波声悬浮技术，可以快捷方便地实现对细胞、小动物在微重力、无容器条件下的显微观察。

本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下：一种声悬浮装置，包括：单片机、驱动电机模块、壳体和多个超声波换能器，其中，

多个所述超声波换能器设置在所述壳体上且呈阵列排布，构成发射阵列壳体；

所述单片机与所述驱动电机模块连接，用以控制驱动电机产生电平信号；

所述驱动电机模块还分别与所述发射阵列壳体中的每个超声波换能器连接，以驱动每个所述超声波换能器运作。

本实用新型的有益效果是：通过使用超声波传感器作为超声波的发射装置，由多个发射装置合理排布组成阵列便可产生悬浮需要的能量。由于单片机、驱动电机模块等都很小，因此，本实施例中的声悬浮装置比使用超声波振子、变幅杆、超声波发生器的现有声悬浮装置更便宜、更安全。

在上述技术方案的基础上，本实用新型还可以做如下改进。

进一步地，所述壳体呈半球壳面状，则所述发射阵列壳体为发射阵列球壳。

采用上述进一步方案的有益效果是：通过将壳体设置为半球壳面状，可以更好的与显微镜的底座贴合，节省空间。

进一步地，所述壳体的中心位置设有一孔。

采用上述进一步方案的有益效果是：在壳体中心设置孔的目的是，当该实施例中的声悬浮装置与显微镜结合使用来检测待测物时，方便观测完成后/悬浮失败时待测物落下取出，避免液滴、物体在弧面上的存积、弄湿超声波发生器等电学设施。

进一步地，所述单片机为Arduino nano单片机，所述驱动电机模块为L298N驱动电机模块，每个所述超声波换能器的直径为16mm、频率为40kHz。

本实用新型解决上述技术问题的另一种技术方案如下：一种显微镜，包括：光源和如上述任一实施例中所述的声悬浮装置，其中，

所述声悬浮装置的发射阵列壳体固定在所述显微镜的底座上，所述显微镜的物镜镜头方向指向所述发射阵列壳体的发射面；

所述光源环绕所述发射阵列壳体设置。

本实用新型的有益效果是：通过改变现有显微镜的结构，并与声悬浮装置有机结合起来，可以采用驻波声悬浮技术将待观测的物体(细胞液滴、动植物标本、小型动物)稳定的悬浮在显微镜物镜之下(原载物台位置处)，实现简便易行的微重力、无容器活性观察。

在上述技术方案的基础上，本实用新型还可以做如下改进。

进一步地，所述显微镜的底座呈凹面状，所述发射阵列壳体为发射阵列球壳，所述发射阵列球壳的发射面的方向朝向所在位置的球体半径方向，则所述发射阵列球壳固定在所述凹面状的所述底座上，所述显微镜的物镜镜头方向指向所述发射阵列球壳的底部中心。

采用上述进一步方案的有益效果是：通过将显微镜的底座设置为凹面状，可以更好的与声悬浮装置的发射阵列壳体贴合，节省空间。

进一步地，所述光源为LED光源，所述LED光源环绕所述发射阵列球壳设置在所述底座凹面与平面的交界处。

采用上述进一步方案的有益效果是：通过将LED光源环绕发射阵列球壳设置在底座凹面与平面的交界处，可以使显微镜的结构更加紧凑，避免单一光源造成的明暗不均。

进一步地，所述显微镜的支撑臂上设置有位置标识，所述位置标识用于标识所述声悬浮装置产生的声场驻波的位置。

采用上述进一步方案的有益效果是：通过在显微镜的支撑臂上设置有位置标识，以提示操作者，方便操作者找到待测物悬浮的大体位置。

进一步地，还包括：供电设备和光源强度调节器，所述供电设备分别与所述光源和所述声悬浮装置连接，所述光源还与所述光源强度调节器连接；所述供电设备提供6～12伏的电压。

采用上述进一步方案的有益效果是：通过采用输入电压为6～12伏的弱电运行，比较安全；采用了光源强度调节器来调节光源的强度，所以，使用时间长，不易发烫，不用经常更换灯管，环保节能。

本实用新型解决上述技术问题的另一种技术方案如下：一种无接触式检测系统，包括：用于移动待测物的设备，控制器，以及上述任一实施例中所述的显微镜，其中，

所述控制器与所述设备连接，以控制所述设备将待测物移动至所述显微镜的声悬浮装置产生的声场驻波处，所述设备包括：微量移液器或机械臂。

本实用新型的有益效果是：通过采用驻波声悬浮技术将待观测的物体(细胞液滴、动植物标本、小型动物)稳定的悬浮在显微镜物镜之下(原载物台位置处)，实现简便易行的微重力、无容器活性观察。

本实用新型附加的方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型实践了解到。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的一种声悬浮装置的示意性框图；

图2为本实用新型实施例提供的一种显微镜的示意性结构图；

图3为本实用新型另一实施例提供的一种显微镜的示意性结构图。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。

如图1给出了本实用新型实施例提供的一种声悬浮装置的示意性框图。如图1所示，该声悬浮装置10包括：单片机11、驱动电机模块12、壳体13和多个超声波换能器14。其中，

多个超声波换能器14设置在壳体13上且呈阵列排布，构成发射阵列壳体15。单片机11与驱动电机模块12连接，用以控制驱动电机产生电平信号。驱动电机模块12还分别与发射阵列壳体15中的每个超声波换能器14连接，以驱动每个超声波换能器运作。

上述实施例中提供的声悬浮装置，通过使用超声波传感器作为超声波的发射装置，由多个发射装置合理排布组成阵列便可产生悬浮需要的能量。由于单片机、驱动电机模块等都很小，因此，本实施例中的声悬浮装置比使用超声波振子、变幅杆、超声波发生器的现有声悬浮装置更便宜、更安全。

具体的，在该实施例，单片机可以为Arduino nano单片机，驱动电机模块可以采用L298N驱动电机模块，每个超声波换能器的直径为16mm、频率为40kHz。

由于超声波传感器包括：超声波发射端和接收端(可参见：https://b2b.hc360.com/supplyself/411645670.html)，而在该实施例中用的是超声波传感器的超声波发射端，即：压电陶瓷换能器。利用40kHz的电信号刺激，压电陶瓷就可以将电能转化为机械能，引起空气振动发出超声波。

也就是说，超声波换能器14可以采用压电陶瓷换能器。

需要说明的是，本实施例中的声悬浮装置包括的与现有技术中的声悬浮装置相同的部件，因本实用新型未做改进，为了描述的简洁，其连接关系不在此赘述。

可选地，在一个实施例中，壳体13可以呈半球壳面状，则发射阵列壳体15为发射阵列球壳。

具体的，在该实施例中，一个发射阵列壳体的构成是在圆弧面的壳体上设置多个超声波换能器，其发射面的方向朝向所在位置的球体半径方向，且保证超声波换能器在球面上的对称性，可以根据需要进行数目、间隔、尺寸的设计，本实施例对此不做任何限定。

例如：可以根据超声波换能器的引脚距离，在呈半球壳面状的壳体上设置多个小孔，以便安装超声波换能器。每个超声波换能器由两个引脚供电，在凹球面中布置导线。小孔的直径大小取决于超声波换能器的截面直径，保证插入超声波换能器后其不易滑落。这样设置使得声悬浮装置的集成性更好，方便在超声波换能器出现故障时进行更换。

需要说明的是，上述数据仅仅是为了描述本实用新型实施例的技术方案，并不对本实用新型实施例构成任何限定。

可选地，作为本实用新型的一个实施例，壳体13的中心位置设有一孔。这里在壳体中心设置孔的目的是，当该实施例中的声悬浮装置与显微镜结合使用来检测待测物时，方便观测完成后/悬浮失败时待测物落下取出，避免液滴、物体在弧面上的存积、弄湿超声波发生器等电学设施。

本实用新型还提供一种显微镜。如图2所示，该显微镜20可以包括上文中描述的任一实施例中的声悬浮装置10，另外还包括：光源21。

声悬浮装置10的发射阵列壳体15固定在显微镜20的底座22上，显微镜的物镜23镜头方向指向发射阵列壳体15的发射面。光源21环绕发射阵列壳体15设置。

具体的，该实施例中的显微镜相比于现有的显微镜而言，没有载物台和反光镜。

上述实施例中的显微镜，通过改变现有显微镜的结构，并与声悬浮装置有机结合起来，可以采用驻波声悬浮技术将待观测的物体(细胞液滴、动植物标本、小型动物)稳定的悬浮在显微镜物镜之下(原载物台位置处)，实现简便易行的微重力、无容器活性观察。

另外，单片机、驱动电机模块等都很小，二者连接后可以固定在显微镜底座的后部(例如：在底座的后部设置(即：支撑臂下方正对的那部分底座的后侧部)的一个容纳空腔，将相互连接的单片机和驱动电机模块放置其中)，并封装起来，使得整个显微镜装置更便携。

可选地，在一个实施例中，显微镜20的底座22呈凹面状，发射阵列壳体15为发射阵列球壳，发射阵列球壳的发射面的方向朝向所在位置的球体半径方向，则发射阵列球壳15固定在凹面状的底座22上，显微镜20的物镜23镜头方向指向发射阵列球壳15的底部中心。

由于显微镜的底座有一定厚度，制作时中间可以设置一个凹球面的部分，用于固定发生超声波的发射端阵列球壳。

需要说明的是，在该实施例中，发射阵列壳体与凹面状的底座是上下叠加的位置，发射阵列壳体的下表面与凹面状的底座的上表面直接存有空隙，以便容纳发射阵列壳体上各个超声波换能器与驱动电机模块直接的连接线。

可选地，在另一个实施例中，光源21为LED光源，LED光源环绕发射阵列球壳设置在底座22凹面与平面的交界处。

具体的，在该实施例中，光源可以采用环形LED电光源(由60个LED灯珠构成，每个LED灯珠的功率为6.5w)。本实施例中，通过将LED光源环绕发射阵列球壳设置在底座凹面与平面的交界处，可以使显微镜的结构更加紧凑，避免单一光源造成的明暗不均。

可选地，在另一个实施例中，显微镜20的支撑臂24上设置有位置标识。位置标识用于标识声悬浮装置10产生的声场驻波的位置。

由于位于底座上的发射端位置固定、频率固定，可以确定一个位置，刻在显微镜支撑臂上，示意操作者大体位置。经多次试验可以得出，声悬浮装置10产生的声场驻波的位置在现有显微镜的载物台的中心处，因此，该实施例中的显微镜可以在其的支撑臂24上设置有位置标识，以提示操作者，方便操作者找到待测物悬浮的大体位置。

可选地，在另一个实施例中，如图3所示，该显微镜20还包括：供电设备25和光源强度调节器26。供电设备25分别与光源21和声悬浮装置10连接，光源21还与光源强度调节器26连接。供电设备25可以提供6～12伏的电压。

具体的，在该实施例中，光源与声悬浮装置可以一同供电，并采用外部的光源强度调节器，该光源强度调节器可采用旋转式的，例如：本实施例中可以采用LED调光器控制器DC12V/24V 8A的光源强度调节器(可参见：https://detail.1688.com/offer/43334539457.html)。

由于本实施例中，整个系统的输入电压为6～12伏的弱电，采用的是低电压运行，比较安全。每一个超声波传感器(发射端)的价格约2.5元，所以成本低、更换方便。

由于本实施例中，由于采用了光源强度调节器来调节光源的强度，所以，即便使用时间长，也不易发烫，不用经常更换灯管，更加环保节能。

本实用新型还提供一种无接触式检测系统。该无接触式检测系统包括：用于移动待测物的设备和上文中描述的任一实施例中的显微镜20。其中，

设备将待测物移动至显微镜20的声悬浮装置10产生的声场驻波处。设备可以包括：微量移液器或机械臂。

其中，当待测物的形态为液体时，用于移动待测物的设备为微量移液器，例如：制作细胞缓冲溶液，使用微量移液器吸取溶液，可以在声悬浮谐振腔(声悬浮装置)中注入0.1ul～10ul的细胞液滴。

当待测物的形态为非液体时，例如要实现小型动物的悬浮，用于移动待测物的设备为机械臂，或者可以通过人工使用镊子将活体小动物放入悬浮谐振腔内，其放置位置位于声场驻波附近。

上述实施例中的无接触式检测系统，通过采用驻波声悬浮技术将待观测的物体(细胞液滴、动植物标本、小型动物)稳定的悬浮在显微镜物镜之下(原载物台位置处)，实现简便易行的微重力、无容器活性观察。

同时，根据用声悬浮进行物质运输的设计，直接改变要观察物体的位置与方位，实现多角度观察。

以上，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以权利要求的保护范围为准。