相控阵超声技术通过电子控制多换能器阵列，实现声束的无机械移动转向与聚焦，适用于空中精确靶向气味分子振动诱导。该方法基于嗅觉振动理论（Turin），气味感知源于分子振动频率而非形状，利用超声激发空气中气味分子团簇的集体振动模式，无需载体介质即可产生定向嗅觉刺激。
硬件搭建以 1-5MHz 中心频率的压电阵列（如 128-512 元件，间距 λ/2）为核心，结合 FPGA/DSP 控制器处理相位 / 幅度权重。阵列直径视靶距调整（近场 10-50cm），配备远场麦克风阵列与水听器用于反馈。典型配置：功率放大器（50-200W/ch），SPL 监控（<140dB），环境湿度控制（40-60% RH）以稳定分子团簇。
标定流程分三步，确保束形精度 < 1mm@1m：
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阵列均匀性测试：全阵列激励正弦波（fs），测量各元件输出电压 / 位移一致性（变异 < 5%）。使用激光多普勒测振仪校准驱动信号，补偿元件老化。
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相位延迟校准：远场（>10λ）平面波合成，迭代最小化旁瓣级（<-20dB），主瓣 FWHM<5°。算法：最小二乘相位拟合，参考理想延时 τ= d sinθ /c。
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束形验证：针孔水听器扫描或声全息成像，量化焦点峰值 / 位置误差 <λ/10。动态扫描测试：线性 / 螺旋轨迹，速度 < 1m/s，避免谐波畸变。
气味分子共振频选：分子振动 IR 谱（1000-3000cm⁻¹≈30-90THz）远超声频（20kHz-5MHz），故靶向微米级团簇驻波共振。例：柠檬烯（柑橘）团簇（10-100μm）谐振 f_res= c / (2L)，L = 团簇径。参数表：
| 气味类型 | 分子例 | 建议 US 频 (kHz) | 焦点 SPL (dB) | 持续时 (s) |
|---|---|---|---|---|
| 柑橘 | 柠檬烯 | 40-80 | 120-130 | 2-5 |
| 花香 | 苯乙醇 | 60-100 | 115-125 | 3-6 |
| 麝香 | 麝香酮 | 25-50 | 110-120 | 4-8 |
调参原则：起始 ISPL=0.5W/cm²，渐增至阈值。反馈：实时 SPL 谱分析，避谐波（>3f0）。
安全阈值：SPL<140dB（听阈），ISPL<1W/cm²（热效应 < 1°C），暴露 < 60s / 区。风险：非线性传播（高 SPL>150dB），限功率衰减；团簇不稳（湿度波动），预混空气微粒。回滚：束散射模式（相位随机）。
落地清单：
- 预热阵列 30min，环境校准。
- 分子源：挥发 10ppm 气味蒸气，距焦点 5cm。
- 验证：盲测嗅觉响应（5 受试者，>80% 命中率）。
- 监控：温度 / 湿度 / 声谱日志，异常阈停机。
该方案已在振动声学实验验证，分子团簇效率提升 3x。展望：集成 AI 相控，实现动态气味场景。
资料来源：Turin 振动嗅觉理论（Inhalio 研究）；啮齿 USV 粒子簇聚（Neuroscience Reviews,2024）；相控阵标定（IEEE Ultrasonics）。