實(shí)驗(yàn)名稱:

功率放大器在透明式定向發(fā)聲換能器實(shí)驗(yàn)測試與驗(yàn)證中的應(yīng)用

實(shí)驗(yàn)設(shè)備:

動(dòng)態(tài)信號(hào)分析儀，精密阻抗分析儀，混合域示波器和任意函數(shù)發(fā)生器，ATA-4011功率放大器等。

實(shí)驗(yàn)內(nèi)容:

提出透明式定向發(fā)聲換能器技術(shù)要求，設(shè)計(jì)了一種基于逆壓電效應(yīng)的有效的透明式定向發(fā)聲換能器結(jié)構(gòu)一一壓電雙夾片式的圓形多層懸膜透明式換能器結(jié)構(gòu)，通過仿真得到一階諧振頻率和聲壓級(jí)的大小隨著陣元半徑的增大而降低、隨著彈性層或絕緣層厚度增大而增大等影響，選擇仿真結(jié)果符合設(shè)計(jì)研究目標(biāo)的換能器進(jìn)行樣品的加工制作。

實(shí)驗(yàn)過程:

聲頻定向換能器測試系統(tǒng)如圖所示，測試的整體流程可總結(jié)為：信號(hào)由任意函數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生，經(jīng)動(dòng)態(tài)信號(hào)分析儀分析后，儲(chǔ)存至電腦并發(fā)出，信號(hào)類型為正弦輸入信號(hào)。

通過DSP系統(tǒng)處理接受到的信號(hào)，處理后的聲音信號(hào)經(jīng)過功率放大器裝置進(jìn)行放大；將放大后的兩列超聲信號(hào)通過換能器向空氣中發(fā)射，超聲波在空氣中自主地發(fā)生非線性解調(diào)效應(yīng)，產(chǎn)生高指向的可聽聲;傳聲器的把可聽聲信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，通過信號(hào)采集設(shè)備接收和采集; 使用混合域示波器對信號(hào)進(jìn)行分析; 使用動(dòng)態(tài)信號(hào)分析儀顯示信號(hào)。

（1）換能器超聲聲壓級(jí)和頻率響應(yīng)測試；

（2）指向性測試。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果:

通過將一系列的樣品進(jìn)行測試后，剔除不可控的因素和加工導(dǎo)致的樣品不規(guī)范的原因，得到了兩組測試結(jié)果較好的數(shù)據(jù)。

樣品頻響曲線

仿真與實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，所設(shè)計(jì)透明式定向發(fā)聲換能器具有良好的指向性，主瓣波束的指向角在±30°之間；實(shí)驗(yàn)測試得到的一階諧振頻率和聲壓級(jí)的大小與通過理論計(jì)算和仿真得到的結(jié)果在誤差范圍內(nèi)保持一致。

樣品指向性

換能器的工作頻率在超聲范圍內(nèi)(30kHz -70kHz)，聲壓級(jí)能達(dá)到70dB以上，驗(yàn)證了所設(shè)計(jì)的透明式定向發(fā)聲換能器具有一定的可行性。

實(shí)驗(yàn)中所用到的功率放大器ATA-4011參數(shù)指標(biāo)：

注：此實(shí)驗(yàn)案例參考自知網(wǎng)論文《透明式定向發(fā)聲換能器的研究與設(shè)計(jì)》