實驗名稱：功率放大器在激勵壓電陶瓷振動產生超聲場的測試應用

研究方向：超聲空化

實驗內容：通過改變功率放大器的輸入參數來調控壓電陶瓷的驅動功率，測量不同實驗條件下所誘導超聲場的聲壓信息。

測試設備：信號發生器、ATA-308功率放大器、換能器、數字示波器、水聽器、壓電陶瓷、計算機等。

實驗過程：

圖：實驗測試系統示意圖

圖：實驗測試系統實物圖

超聲實驗系統包括一個產生特定頻率正弦波的信號發生器，然后通過功率放大器（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的激勵下產生位移，傳遞至液體中形成駐波壓力場。具體實驗操作設計如下：

（1）將自來水注入到超聲反應器內并控制液位125mm，待液面穩定且目測無氣泡后再開機操作。

（2）設置信號發生器輸出為正弦波，頻率為40kHz，在0~5Vpp范圍內調節峰峰值電壓，經功率放大器放大指定倍數的電壓，其中放大器增益范圍為0~180倍，正極（紅線）與負極（黑線）輸出導線分別連接到換能器正負極兩端；在電信號激勵下壓電陶瓷產生機械形變，換能器振動通過器壁傳到水中形成聲波輻射。

（3）超聲換能器的工作時間控制在5min以內，待測量條件穩定后，借助功率放大器并阻抗匹配測量出換能器兩端的電流與電壓，計算出驅動功率。同時，通過水聽器監測水下不同位置點的聲壓信號。

實驗結果：

圖：實驗結果

在指定放大倍數的設置條件下，測量得到相應位置點的Welch功率譜，該功率譜是一系列線譜與連續譜的疊加，相應位置點存在基頻對應的超聲波能量（線譜）以及次諧波對應的空化能量（連續譜）。通過中心軸的聲壓分布曲線，在換能器振動端面的聲壓幅值最大，此后因氣泡空化效應，聲壓能量隨距離的增加而不斷衰減。通過計量電功率法測量出換能器兩端的峰峰電壓為520Vpp，對應的峰峰電流為0.476Ipp，由此計算得到的聲驅動功率約為30.94W。

功率放大器推薦：ATA-308C功率放大器

圖：ATA-308C功率放大器指標參數

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審核編輯 黃宇