实验名称:功率放大器在弯曲波声学透镜聚焦实验中的应用
实验内容:测试弯曲波经相邻的声学透镜反射之后,是否可以到达聚焦位置,实现能量收集的目的。
研究方向:声子晶体中的弹性波传播机理研究
测试设备:信号发生器,ATA-2022B高压放大器、纵波直探头、PZT、示波器、计算机等
实验过程:
首先基于Minlin板理论和相位调制原理设计了两个相邻的透镜,理论和数值仿真证明了弯曲波会在一定区域内聚焦,且聚焦尺寸小于半波长。为了验证这一设计理念,在铝板边界加工出声学透镜,在激发区域布置PZT阵列,所有PZT以并联的方式接入电路。
虽然PZT本身换能效率较高,但为了同时驱动整组阵列,需要接入功率放大器进行信号放大。本次实验选用功率放大器型号为ATA-2022B高压放大器,输出端将电压放大20倍后接入PZT阵列,从而提供足够大的电压,同时驱动17个压电陶瓷片,激励端为窄带脉冲信号,中心频率为25kHz,可以实现完美的放大。
接收端利用纵波直探头在检测区域进行逐点采集信号,将示波器连入电脑方便批量化处理。最后将所有采集信号进行傅里叶变换转化到频域,定性表征弯曲波聚焦的规律,并与仿真结果进行对比。
由两个透镜结合的板用于聚焦入射弯曲波的示意图:
(a)透镜的示意图;(b)底板的理论模型。
矩形铝板和实验系统,该矩形铝板由两个布置在角落的透镜制成。
实验结果:
弯曲波聚焦现象非常明显,实际聚焦位置(0.101m,0)与理论设计值(0.1m,0)非常吻合。聚焦尺寸在x和y方向上分别是1.92cm和1.40cm,相当于0.57λ和0.42λ。Y方向上的聚焦尺寸小于半波长,这表明它属于亚波长聚焦。
FFT后接收电压的平方:(a)理论聚焦位置附近;(b)当y=0时沿着x方向;(c)当x=0.101m时沿着y方向。
Aigtek安泰电子功率放大器在本次实验中发挥的作用:放大信号发生器的激励信号,提供足够大的电压从而驱动PZT产生平行波
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