在現代科技發展進程中，聲探測技術的應用場景不斷拓展，如無損檢測、水下探測、醫療診斷等領域都依賴于聲波的有效利用。在這些應用里，電聲裝備作為關鍵部分，其探測性能與聲學特性緊密相連。隨著應用需求的增長，對電聲裝備探測性能的要求越來越高，這使得提升聲學特性成為該領域發展的關鍵問題之一。聲功能器件與電聲裝備的耦合為提升聲學特性提供了新方向，但其現有結構復雜、聲波調控能力有限，難以適應電聲裝備集成化、小型化和智能化的發展趨勢，因此急需探索新的理論、機理和結構。

在提升電聲裝備探測性能的研究中，功率放大器是一個重要因素。在水下聲吶探測方面，探測能力與聲壓級緊密相關。關于聲功能器件的研究過程中，如在對各類聲功能器件進行實驗測試時，功率放大器又發揮著不可或缺的作用，用于驅動聲波探頭產生所需聲波。因此，研究如何在聲學超構材料和新型聲功能器件的設計中，更好地利用功率放大器，成為推動電聲裝備技術發展的重要環節。

本實驗選用的功放是Aigtek,ATA-2021H,輸出電壓增益x0~60（0.1step/1step）可調最大輸出電壓200Vp-p(±100Vp)，最大輸出電流500mAp（＞50Hz）。

實驗名稱：聲紋影可視化系統實驗

實驗原理：

紋影可視化系統實驗原理基于聲波傳播對空氣密度的影響以及光線折射原理。聲波傳播時，空氣微團會發生膨脹與壓縮，進而形成疏密區域，導致空氣局部密度改變，引起折射率變化。從點光源發出的光線經凹面鏡會聚后，由于聲波造成的空氣折射率變化，部分光線偏離原路徑，落在相機光圈之外，從而在紋影圖像區產生明暗條紋，這些條紋對應著實際聲場，實現了聲波的可視化。實驗中，目標頻率25kHz方波信號由信號發生器產生，經功率放大器放大后驅動聲波探頭陣列發射聲波，聲波經矩形波導以平面波形式傳播進入樣品。LED點光源信號與目標頻率信號同步，微調頻率差可輔助觀察聲波“傳播”，以此來研究聲波在樣品中的傳播特性。

實驗框圖：

實驗實拍圖：

實驗過程：聲紋影可視化系統實驗旨在觀測聲隱身斗篷的“聲隱身”現象，其中功率放大器發揮著關鍵作用。實驗時，由信號發生器產生目標頻率25kHz的方波信號，該信號功率較弱，無法直接驅動聲波探頭陣列產生滿足實驗觀測需求的聲波。此時，功率放大器（AigtekATA-2021H）對信號進行放大，增強其功率。放大后的信號驅動聲波探頭陣列發射聲波，聲波經上下為吸收邊界的矩形波導以平面波形式傳播并進入3D打印制備的樣品。從點光源發出的光線經凹面鏡會聚，相機置于凹面鏡兩倍焦距處，因聲波傳播使空氣密度改變、折射率變化，光線產生偏移，在紋影圖像區形成對應實際聲場的明暗條紋，被相機拍攝后傳輸給計算機處理。LED點光源信號與目標頻率信號同步，微調頻率差可輔助觀測。在此過程中，功率放大器是信號得以有效放大的關鍵設備，它保證了聲波探頭能發射出強度足夠的聲波，讓實驗現象更明顯，確保了整個聲紋影可視化系統實驗的順利進行與觀測效果。

應用方向：聲學研究，聲功能器件研發與測試，水下探測，醫療診斷，安防與軍事

應用場景：聲紋影可視化系統、實驗過程、聲波可視化、聲學特性觀測，聲學超構材料、聲隱身斗篷、聲衍射超表面、近零折射率超構材料

產品推薦：ATA-2000系列高壓放大器

圖：ATA-2000系列高壓放大器指標參數

西安安泰電子是專業從事功率放大器、高壓放大器、功率信號源、前置微小信號放大器、高精度電壓源、高精度電流源等電子測量儀器研發、生產和銷售的高科技企業，為用戶提供具有競爭力的測試方案。Aigtek已經成為在業界擁有廣泛產品線，且具有相當規模的儀器設備供應商，樣機都支持免費試用。

審核編輯 黃宇