實(shí)驗(yàn)名稱：功率放大器在激勵(lì)壓電陶瓷振動(dòng)產(chǎn)生超聲場(chǎng)的測(cè)試應(yīng)用

研究方向：超聲空化

實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：通過(guò)改變功率放大器的輸入?yún)?shù)來(lái)調(diào)控壓電陶瓷的驅(qū)動(dòng)功率，測(cè)量不同實(shí)驗(yàn)條件下所誘導(dǎo)超聲場(chǎng)的聲壓信息。

測(cè)試設(shè)備：信號(hào)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(jì)算機(jī)等。

實(shí)驗(yàn)過(guò)程：

圖：實(shí)驗(yàn)測(cè)試系統(tǒng)示意圖

圖：實(shí)驗(yàn)測(cè)試系統(tǒng)實(shí)物圖

超聲實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)包括一個(gè)產(chǎn)生特定頻率正弦波的信號(hào)發(fā)生器，然后通過(guò)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(hào)的激勵(lì)下產(chǎn)生位移，傳遞至液體中形成駐波壓力場(chǎng)。具體實(shí)驗(yàn)操作設(shè)計(jì)如下：

（1）將自來(lái)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(cè)無(wú)氣泡后再開機(jī)操作。

（2）設(shè)置信號(hào)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(fù)極（黑線）輸出導(dǎo)線分別連接到換能器正負(fù)極兩端；在電信號(hào)激勵(lì)下壓電陶瓷產(chǎn)生機(jī)械形變，換能器振動(dòng)通過(guò)器壁傳到水中形成聲波輻射。

（3）超聲換能器的工作時(shí)間控制在5min以內(nèi)，待測(cè)量條件穩(wěn)定后，借助功率放大器并阻抗匹配測(cè)量出換能器兩端的電流與電壓，計(jì)算出驅(qū)動(dòng)功率。同時(shí)，通過(guò)水聽器監(jiān)測(cè)水下不同位置點(diǎn)的聲壓信號(hào)。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果：

圖：實(shí)驗(yàn)結(jié)果

在指定放大倍數(shù)的設(shè)置條件下，測(cè)量得到相應(yīng)位置點(diǎn)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(diǎn)存在基頻對(duì)應(yīng)的超聲波能量（線譜）以及次諧波對(duì)應(yīng)的空化能量（連續(xù)譜）。通過(guò)中心軸的聲壓分布曲線，在換能器振動(dòng)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(guò)計(jì)量電功率法測(cè)量出換能器兩端的峰峰電壓為520Vpp，對(duì)應(yīng)的峰峰電流為0.476Ipp，由此計(jì)算得到的聲驅(qū)動(dòng)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)

本文實(shí)驗(yàn)素材由西安安泰電子整理發(fā)布。Aigtek已經(jīng)成為在業(yè)界擁有廣泛產(chǎn)品線，且具有相當(dāng)規(guī)模的儀器設(shè)備供應(yīng)商，樣機(jī)都支持免費(fèi)試用。

審核編輯 黃宇