實驗名稱：功率放大器基于二維橢圓超聲振子的制作和振動特性測試應用

實驗目的：檢測并驗證所制作的壓電陶瓷振子的實際諧振頻率是否和設計相同

實驗內容：

通過在一大塊壓電陶瓷上分割電極，實際上起到四片壓電陶瓷并列排放的效果，電極的材料為Ag，功率放大器驅動壓電陶瓷通過鍍膜的方法鍍在壓電陶瓷表面，壓電陶瓷和304不銹鋼基體通過環氧樹脂膠粘接，實現振動的傳遞。

實驗過程：

諧振特性分析所用的電路圖如圖所示，頻率特性分析儀提供掃頻的輸出信號，并可以測量壓電陶瓷振子兩端的電壓和通過壓電陶瓷振子的電流，功率放大器（ATA-4052)將輸入信號放大后加到振子電路中，壓電陶瓷振子串聯一歐姆標準電阻。掃頻范圍為20k—30kHz。其中當只有間隔的兩個電極通電時，振子的B4模態被激勵，當四個電極同時通電時，振子的L1模態被激勵。

橢圓超聲振子諧振特性分析電路圖

實驗結果：

從圖中可以看出，振子B4模態的諧振頻率為24.10kHz，反諧振頻率為24.22kHz，L1模態的諧振頻率為24.01kHz，反諧振頻率為24.24kHz。兩種振動模式的諧振頻率之間的差異約為0.09kHz，在使用該超聲振子時這種程度的誤差在允許范圍內。此外，由于兩個振蕩模式之間的共振頻率差較小，因此對于縱向和彎曲振動都可以在同一頻率下獲得最大振幅，此時合成的橢圓振動的振幅將是最大的。

另一方面，兩種振動模式中的反共振點之間的差異約為0.02kHz，差異很小。因為當超聲振子在共振點被激勵時，雖然阻抗很小并且振幅最大。但是，如果使用接近共振點的頻率，對壓電陶瓷會施加比較大的負荷，這可能導致壓電陶瓷材料的破裂或破裂。而當在反共振點處激勵時，阻抗增加并且功耗最小化。因此，激勵信號的頻率通常位于反共振點，0.02kHz的差異符合要求。因此可知，圖所示的振子在24.22kHz的頻率下激勵時會產最優的超聲橢圓軌跡。

L1模態的阻抗特性曲線

B4模態的阻抗特性曲線

兩種振動模式中的反共振點之間的差異約為0.02kHz，差異很小。因為當超聲振子在共振點被激勵時，雖然阻抗很小并且振幅最大。但是，如果使用接近共振點的頻率，對壓電陶瓷會施加比較大的負荷，這可能導致壓電陶瓷材料的破裂或破裂。而當在反共振點處激勵時，阻抗增加并且功耗最小化。因此，激勵信號的頻率通常位于反共振點，0.02kHz的差異符合要求。因此可知，如圖所示的振子在24.22kHz的頻率下激勵時會產最優的超聲橢圓軌跡。

L1模態和B4模態的阻抗特性對比