An Ultrasonic Levitator

 

R. R. Boullosa*, A. Pérez-López, R. Dorantes-Escamilla

 

Laboratorio de Acústica y Vibraciones Centro de Ciencias Aplicadas y Desarrollo Tecnológico Universidad Nacional Autónoma de México México, D.F., México. *ricardo.ruizb@gmail.com.

 

ABSTRACT

We report the development of an ultrasonic levitation system. Liquid drops or solid samples of diameter less than one half wavelength of the excitation frequency are levitated without contact just below the pressure nodes. The piezo transducer is excited by an ultrasonic signal of around 29 kHz through a voltage amplifier. The choice of the number of half-waves of the acoustic field in the space between the reflector and radiator is made by means of a micrometer. A lamp, an amplifier and a frequency generator are integrated to the levitator. The diameters of the droplets of liquid that can levitate are of the order of tenths of mm to 3 or 4 mm, depending on the liquid properties (density, surface tension, etc.). Solid objects can also be levitated. The maximum voltage of the system is 20 V_rms.

Keywords: radiation pressure, acoustic levitation, levitator.

 

RESUMEN

Se presenta el desarrollo de un sistema de levitación acústica ultrasónica. Gotas líquidas o muestras sólidas de diámetro inferior a media longitud de onda a la frecuencia de excitación levitan sin contacto justo por debajo de los nodos de presión. El transductor piezoeléctrico es excitado por una señal ultrasónica de aproximadamente 29 kHz a través de un amplificador de voltaje. La elección del número de semilongitudes de onda del campo acústico en el espacio entre el reflector y el radiador se hace por medio de un micrómetro.

Una lámpara, un amplificador y un generador de frecuencia están integrados al levitador. Los diámetros de las gotitas de líquido que se pueden levitar son del orden de décimas de mm a 3 ó 4 mm, dependiendo de las propiedades del líquido (densidad, tensión superficial, etc.). Se pueden levitar también objetos sólidos. El voltaje máximo del sistema es de 20 V_rms.

 

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References

[1] Rayleigh, L.: On the pressure of vibrations. Philos. Mag 3, 338 (1902).         [ Links ]

[2] Chu, B. T., Apfel, R. E.: Acoustic radiation pressure produced by a beam of sound. Acoust. J. Soc Am 72, 1673-1687 (1982).         [ Links ]

[3] King, L.: On the acoustic radiation pressure on spheres. Proc. R. Soc Lond. Being A 147, 212-240 (1930).         [ Links ]

[4] Bücks, K., Müller, H.: Über einige Beobachtungen an und Piezoquarzen schwingenden Ihrem Shallfeld. Z. Phys 84, 75-86 (1933).         [ Links ]

[5] G'orkov, L.P.: On the forces acting on a small particle in an acoustical field in an ideal fluid. Sov. Phys Doklady 6, 773 (1962).         [ Links ]

[6] Xie, WJ., Wei, B.: Parametric study of single axis acoustic levitation, Appl. Phys Lett. 79, 881 (2001).         [ Links ]

[7] Otsuka, T., et al.: Ultrasonic levitation by stepped Circular vibrating plate. The 10th Symposium on Ultrasonic Electronics, p. 170 (1989).         [ Links ]

[8] Trinh, E.H.: compact acoustic levitation device for studies in fluid dynamics and materials science in the laboratory and microgravity, Rev. Sci Instr. 56, 2059-2065 (1985).         [ Links ]

[9] Athikorn Bangviwat, Hari K. Pnnekanti, Robert D. Finch: Optimizing the performance of piezoelectric drivers That use stepped horns. J. Acoust. Am Soc, Vol 90, no. 3, 1991.         [ Links ]

[10] Piezoelectric ceramic sensors (piezotite), catalog No. P19E-6, muRata Manufacturing Co., LTD.         [ Links ]

[11] Ricardo R. Boullosa, A. Pérez López: A Simple System for Measuring Vibrations at Low Amplitudes. Applied Acoustics, Vol 52, No. 2, pp. 155-163, 1997.         [ Links ]

[12] Blevins, Robert D. Formulas for natural frequency and mode shape, Van Nostrand Reinhold Co. Inc., NY, (1979).         [ Links ]

[13] Lawrence A. Crum, Acoustic force on a liquid droplet in an acoustic stationary wave, JASA, vol. 50, No. 1, 157-163, 1971.         [ Links ]