随着现代超声技术的发展,声悬浮技术也逐渐发展起来,在生物反应、液滴分离、高温处理等领域得到广泛的运用。传统的驻波悬浮具有操控性差、需要反射器建立驻波声场等问题,这些缺点大大限制了它的应用。而超声相控阵聚焦悬浮技术是一种新型的声悬浮技术,可以通过相位调制技术,控制物体在三维空间中任意位置悬浮。它具有操控性强、声束灵活等优点,因此超声相控阵运用的范围也越来越广泛。本文将研究在超声内加工的过程中,被加工物在空间中难以达到稳定悬浮状态的问题,将搭建一个新型超声悬浮系统即FPGA超声相控阵悬浮系统,这一系统通过高精度的延时控制技术,控制阵列延迟信号产生,将阵列超声信号输出至开放式阵列半椭圆形装置中,使其产生聚焦的效果,实现在空间中聚集能量,并且能够和悬浮物质的重力相互抵消,从而实现悬浮,可使被加工物处于微重力的环境,从而达到稳定状态。本论文的研究内容如下:(1)本文通过研究声学波动方程和超声相控阵聚焦理论,模拟二维平面超声聚焦声场和建立声场时序彩图,并且结合扇形阵列聚焦理论,推导出开放式阵列模型聚焦方法。又通过数值模拟方法,模拟了开放式阵列在无悬浮状态和悬浮状态时的声场变化。并且模拟相同半径的聚乙烯泡沫和水滴悬浮状态,得到阵列超声声场变化趋势图和轴向声压变化趋势图,以此分析聚乙烯泡沫和水滴悬浮声场的变化。(2)本文主要研究开放式阵列的硬件电路系统设计和聚焦延时算法。首先建立超声聚焦延时发射系统,准确控制各个部分的延迟信号,保证阵列超声发射聚焦的准确性。接着建立超声功率放大电路,将输入的延迟信号进行信号放大处理,使输出的信号匹配超声悬浮的功率要求。最后,通过单个超声波探头测试,验证电路输出信号的幅值和各部分信号时延,最终完成硬件电路的设计。(3)根据建立的开放式阵列悬浮系统展开试验,研究阵列聚焦悬浮性能。首先介绍了试验装置和试验方法,然后通过研究当聚乙烯泡沫直径不同时,输入相同功率电路与聚乙烯泡沫直径相同时,输入不同功率电路,两者之间悬浮状态变化关系。最终表明只有当聚乙烯泡沫直径为1mm,输入18-19V电压时,聚乙烯泡沫可以在开放式阵列声场中稳定悬浮。