Characterization of a single-axis acoustic levitator

En enaxlig akustisk levitator, bestående av en Langevin-givare och en plan reflektor, kan bilda en stående våg vilket möjliggör levitering av små föremål. Enligt teorin bildas en stående våg om avståndet mellan givare och reflektor är en hel multipel av halva våglängden för den genererade vågen. I en experimentell studie har egenskaper och begränsningar av den akustiska levitatorn undersökts och för vidare analys simuleras vågens tryckfält i COMSOL Multiphysics 5.5. Resultaten pekar på att den akustiska levitatorn har begränsningar i levitationstid och hur stora objekt som kan leviteras och inga försök med att levitera vatten lyckas. Den experimentellt framräknade frekvensen på den stående vågen stämmer till viss del överens med den simulerade. Den observerade skillnaden kan implicera att den teoretiska modellen för när en stående våg bildas inte är helt korrekt. Dessutom verkar det starkaste tryckfältet för vågen bildas om avståndet mellan givare och reflektor är något större än en hel multipel av halva våglängden. Det observeras även att tryckfältet beror av reflektorns utformning, och att en sfärsikt kupad reflektor med väl vald krökningsradie verkar öka styrkan och stabiliteten i tryckfältet jämfört med om reflektorn är plan.A single-axis acoustic levitator, consisting of a Langevin transducer and a plane reflector, can create a standing wave which enables levitation of small objects. A standing wave is generated if the distance between the transducer and reflector is set to an integer multiple of half the wavelength of the wave. Through an experimental study, the characteristics of the single-axis acoustic levitator are examined and a further analysis is performed through simulations of the pressure field in COMSOL Multiphysics 5.5. The results show that the acoustic levitator has limitations regarding how long time objects can levitate and how big the levitated samples can be, and no attempts to levitate water are successful. The estimated frequency obtained through experiment matches the frequency obtained through simulation fairly well. The observed difference could imply that the theoretical model of when a standing wave is generated is not completely accurate. Furthermore, the strongest pressure field for the standing wave seems to be obtained when the distance between the transducer and reflector is slightly larger than an integer multiple of half the wave length. Additionally, the strength and stability of the pressure field seem to depend on the shape of the reflector, and a spherical shaped reflector seems to increase the strength and stability of the pressure field, compared to when the reflector is flat