實驗名稱：超聲聲場下液滴動力學行為研究

實驗目的：利用超聲換能器探索激勵電壓和懸浮能力之間的關系

測試設備：功率放大器、信號發生器、示波器、超聲聚焦換能器陣列、工業攝像機

實驗過程：該測量系統設計為利用換能器陣列產生聲場；使用信號發生器和帶寬放大器對換能器進行驅動，并使用ATA-1372A調節電壓；使用示波器監測換能器電壓電流進而計算功率；軸向移動的目標為密度為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位置帶來的誤差，各個樣品要選擇在同一個勢阱位置釋放達到懸浮，然后再進行電壓調制實驗。首先將可調電源的電壓調至裝置的額定電壓10V，輸出后為駐波聲鑷裝置形成穩定的勢阱，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，放入懸浮裝置中預選號的一處勢阱處，達到樣品穩定懸浮后，緩慢調低可調電源的電壓值，致使勢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生掉落;接著，記錄此時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帶來的人為誤差，針對以上每種樣品至少進行5次實驗來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，此電壓下產生的聲場中，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，重復進行上述實驗步驟，其實驗框圖如圖1-1。

圖1-1電壓-懸浮能力實驗框圖

實驗結果：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次跌落試驗中測量的標準偏差。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，趨勢呈線性增長變化，與理論分析一致。懸浮質量對應為0.2mg、8.6mg、9mg、10mg、14mg，據此可估算不同電壓下可懸浮的物品質量。誤差來源于每次取液體積的偏差，及電壓讀值時帶來的人為誤差。

圖1-2懸浮能力隨激勵電壓變化的曲線

功率放大器推薦：ATA-1372A

圖：ATA-1372A寬帶放大器指標參數

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審核編輯 黃宇