實驗名稱：高壓放大器在HIFU換能器和聲場測量研究中的應用

研究方向：醫學超聲

測試目的：

HIFU聲場具有特殊的聲場特性，要求用于聲場檢測的方法能夠避免對聲場造成干擾，同時避免高溫高壓和空化響應帶來的沖擊。目前報道的一些方法在使用范圍、測量上限、抗干擾能力和準確性等方面都存在一些缺陷。所以提出了一種基于Rayleigh積分的聲場計算模型，根據計算原理，得到HIFU換能器輻射面上所有質點的法向振動速度分布即可實現對聲場分布的描述。在此基礎上，根據換能器表面振動速度分布的特點，建立換能器表面法向振動速度的測量方法，研究基于光纖振動傳感器的全光纖多普勒測振系統，最終實現換能器表面振動速度測量和HIFU聲場的聲壓測量及聲場分布的描述。

測試設備：ATA-2041高壓放大器、信號發生器、光電探測器、示波器、待測壓電陶瓷(直徑60mm，諧振頻率28.66KHz)、全光纖多普勒測振系統。

實驗過程：

圖：基于光纖振動傳感器的全光纖多普勒測振系統實驗裝置圖

實驗時，首先保持被測對象靜止，將光纖振動傳感器置于壓電陶瓷上方，開啟激光器，信號發生器輸出設置為5V，偏移2.5V的正弦信號。當信號發生器開始輸出時，不斷調整功率放大器的放大倍數，測振系統通過光電探測的交流輸出口就可以得到含有壓電陶瓷的振動信號的干涉輸出電信號，并輸出到示波器上進行顯示。

根據系統測試的最大速度與延遲時間的關系，光纖延遲線長度所對應的速度測量范圍較大，而本實驗中壓電陶瓷振動速度較小，因此首先取延遲時間為50ps，激光器輸出1550nm，設定驅動信號為壓電陶瓷的諧振頻率。

實驗結果：

圖2：驅動電壓20V時，全光纖多普勒測振系統輸出干涉信號

圖2（a）、（b）、（c）分別為驅動電壓20V時全光纖多普勒測振系統輸出干涉信號曲線、幅度-頻率曲線和相位-頻率曲線的內容。

圖3：驅動電壓30V時，全光纖多普勒測振系統輸出干涉信號

圖3（a）、（b）、（c）分別為驅動電壓30V時全光纖多普勒測振系統輸出干涉信號曲線、幅度-頻率曲線和相位-頻率曲線的內容。

根據所得干涉信號即可解調出對應驅動電壓條件下，測振系統所測得的壓電陶瓷振動速度結果。根據信號處理方法的內容，計算機處理后得出的20V驅動電壓下所測得的振動信號所攜帶的多普勒頻移為74.84kHz，此時可以得到振動速度為58mm/s。30V驅動電壓下所測得的振動信號所攜帶的多普勒頻移為125.16kHz，可以得到振動速度為97mm/s。

實驗結果表明：可以實現基于光纖振動傳感器的全光纖多普勒測振系統應用于壓電陶瓷表面振動速度測量的目的。

安泰ATA-2041高壓放大器：

圖：ATA-2041高壓放大器指標參數

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本文實驗案例參考自知網論文《HIFU換能器表面光纖振動傳感方法及HIFU聲場測量方法研究》

審核編輯黃宇