實驗名稱：功率放大器在激勵壓電陶瓷振動產(chǎn)生超聲場的測試應(yīng)用

研究方向：超聲空化

實驗內(nèi)容：通過改變功率放大器的輸入?yún)?shù)來調(diào)控壓電陶瓷的驅(qū)動功率，測量不同實驗條件下所誘導(dǎo)超聲場的聲壓信息。

測試設(shè)備：信號發(fā)生器、ATA-308功率放大器、換能器、數(shù)字示波器、水聽器、壓電陶瓷、計算機等。

實驗過程：

圖：實驗測試系統(tǒng)示意圖

圖：實驗測試系統(tǒng)實物圖

超聲實驗系統(tǒng)包括一個產(chǎn)生特定頻率正弦波的信號發(fā)生器，然后通過功率放大器（ATA-308，Agitek）以獲得所需的峰-峰值電壓，換能器的壓電陶瓷在交變電壓信號的激勵下產(chǎn)生位移，傳遞至液體中形成駐波壓力場。具體實驗操作設(shè)計如下：

（1）將自來水注入到超聲反應(yīng)器內(nèi)并控制液位125mm，待液面穩(wěn)定且目測無氣泡后再開機操作。

（2）設(shè)置信號發(fā)生器輸出為正弦波，頻率為40kHz，在0~5Vpp范圍內(nèi)調(diào)節(jié)峰峰值電壓，經(jīng)功率放大器放大指定倍數(shù)的電壓，其中放大器增益范圍為0~180倍，正極（紅線）與負極（黑線）輸出導(dǎo)線分別連接到換能器正負極兩端；在電信號激勵下壓電陶瓷產(chǎn)生機械形變，換能器振動通過器壁傳到水中形成聲波輻射。

（3）超聲換能器的工作時間控制在5min以內(nèi)，待測量條件穩(wěn)定后，借助功率放大器并阻抗匹配測量出換能器兩端的電流與電壓，計算出驅(qū)動功率。同時，通過水聽器監(jiān)測水下不同位置點的聲壓信號。

實驗結(jié)果：

圖：實驗結(jié)果

在指定放大倍數(shù)的設(shè)置條件下，測量得到相應(yīng)位置點的Welch功率譜，該功率譜是一系列線譜與連續(xù)譜的疊加，相應(yīng)位置點存在基頻對應(yīng)的超聲波能量（線譜）以及次諧波對應(yīng)的空化能量（連續(xù)譜）。通過中心軸的聲壓分布曲線，在換能器振動端面的聲壓幅值最大，此后因氣泡空化效應(yīng)，聲壓能量隨距離的增加而不斷衰減。通過計量電功率法測量出換能器兩端的峰峰電壓為520Vpp，對應(yīng)的峰峰電流為0.476Ipp，由此計算得到的聲驅(qū)動功率約為30.94W。

功率放大器推薦：ATA-308C功率放大器

圖：ATA-308C功率放大器指標(biāo)參數(shù)

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審核編輯 黃宇