實(shí)驗(yàn)名稱：超聲聲場(chǎng)下液滴動(dòng)力學(xué)行為研究

實(shí)驗(yàn)?zāi)康模豪贸晸Q能器探索激勵(lì)電壓和懸浮能力之間的關(guān)系

測(cè)試設(shè)備：功率放大器、信號(hào)發(fā)生器、示波器、超聲聚焦換能器陣列、工業(yè)攝像機(jī)

實(shí)驗(yàn)過(guò)程：該測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)為利用換能器陣列產(chǎn)生聲場(chǎng)；使用信號(hào)發(fā)生器和帶寬放大器對(duì)換能器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，并使用ATA-1372A調(diào)節(jié)電壓；使用示波器監(jiān)測(cè)換能器電壓電流進(jìn)而計(jì)算功率；軸向移動(dòng)的目標(biāo)為密度為20kg/m3左右的的聚乙稀泡沬和多種密度不相同，但體積相同的固體及液體樣品。為降低放置在不同波節(jié)位置帶來(lái)的誤差，各個(gè)樣品要選擇在同一個(gè)勢(shì)阱位置釋放達(dá)到懸浮，然后再進(jìn)行電壓調(diào)制實(shí)驗(yàn)。首先將可調(diào)電源的電壓調(diào)至裝置的額定電壓10V，輸出后為駐波聲鑷裝置形成穩(wěn)定的勢(shì)阱，用于懸浮樣品;然后，用鑷子將體積為0.01cm3的泡沫小球樣品或用微量注射器推取0.01ml液體，放入懸浮裝置中預(yù)選號(hào)的一處勢(shì)阱處，達(dá)到樣品穩(wěn)定懸浮后，緩慢調(diào)低可調(diào)電源的電壓值，致使勢(shì)阱處的聲懸浮力值逐漸減小，直至不能和懸浮樣品重力平衡發(fā)生掉落;接著，記錄此時(shí)示波器上所顯示的電壓值。為了減小因每次取液體積有偏差及電壓讀值時(shí)帶來(lái)的人為誤差，針對(duì)以上每種樣品至少進(jìn)行5次實(shí)驗(yàn)來(lái)取最低電壓的平均值。將此平均值記為此樣品在0.01cm3體積下的最低懸浮電壓值，此電壓下產(chǎn)生的聲場(chǎng)中，聲懸浮力與懸浮樣品的重力大致平衡，近似相等。最后，選擇另一種樣品置于聲場(chǎng)，重復(fù)進(jìn)行上述實(shí)驗(yàn)步驟，其實(shí)驗(yàn)框圖如圖1-1。

圖1-1電壓-懸浮能力實(shí)驗(yàn)框圖

實(shí)驗(yàn)結(jié)果：圖1-2顯示了不同密度的樣品所需的最低電壓，即聚苯乙烯泡沫(0.02/cm3)75%乙醇(0.86g/cm3)為5.362V、水(1g/cm3)6.132V、食用油(0.9g/cm3)為5.502V、蜂蜜(1.5g/cm3)為6.61V。誤差條表示在5次跌落試驗(yàn)中測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)偏差。還可以觀察到，此超聲聚焦換能器相控陣聲鑷裝置的最低懸浮電壓隨著懸浮樣品密度的增加，趨勢(shì)呈線性增長(zhǎng)變化，與理論分析一致。懸浮質(zhì)量對(duì)應(yīng)為0.2mg、8.6mg、9mg、10mg、14mg，據(jù)此可估算不同電壓下可懸浮的物品質(zhì)量。誤差來(lái)源于每次取液體積的偏差，及電壓讀值時(shí)帶來(lái)的人為誤差。

圖1-2懸浮能力隨激勵(lì)電壓變化的曲線

功率放大器推薦：ATA-1372A

圖：ATA-1372A寬帶放大器指標(biāo)參數(shù)

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審核編輯 黃宇