實驗名稱：傳感器聲學特性測試

　　研究方向：本章設(she)計了(le)(le)用于聲(sheng)(sheng)頻定向技術的(de)超聲(sheng)(sheng)傳(chuan)感(gan)器(qi)(qi)(qi)(qi)，對(dui)所(suo)設(she)計傳(chuan)感(gan)器(qi)(qi)(qi)(qi)的(de)工作(zuo)參數(shu)進(jin)(jin)行了(le)(le)仿真分(fen)析，驗(yan)證了(le)(le)設(she)計的(de)合理性(xing)(xing)。制(zhi)(zhi)作(zuo)了(le)(le)電容式(shi)超聲(sheng)(sheng)傳(chuan)感(gan)器(qi)(qi)(qi)(qi)實(shi)驗(yan)樣品(pin)。利用激(ji)光多普勒(le)測(ce)振系統對(dui)傳(chuan)感(gan)器(qi)(qi)(qi)(qi)進(jin)(jin)行機械(xie)特(te)性(xing)(xing)測(ce)試，利用阻(zu)抗分(fen)析儀對(dui)傳(chuan)感(gan)器(qi)(qi)(qi)(qi)的(de)電輸(shu)入阻(zu)抗進(jin)(jin)行測(ce)試，構建了(le)(le)傳(chuan)感(gan)器(qi)(qi)(qi)(qi)的(de)聲(sheng)(sheng)學特(te)性(xing)(xing)測(ce)試實(shi)驗(yan)系統，利用研制(zhi)(zhi)的(de)電容式(shi)超聲(sheng)(sheng)波(bo)傳(chuan)感(gan)器(qi)(qi)(qi)(qi)發射超聲(sheng)(sheng)波(bo)，商用超聲(sheng)(sheng)波(bo)傳(chuan)感(gan)器(qi)(qi)(qi)(qi)作(zuo)為接收器(qi)(qi)(qi)(qi)進(jin)(jin)行了(le)(le)驗(yan)證實(shi)驗(yan)。

　　測試設備：電壓放大器、函(han)數發生器(qi)、超聲波(bo)傳感(gan)器(qi)、示波(bo)器(qi)、傳感(gan)器(qi)等。

　　實驗過程：

　　圖1：傳感(gan)器聲(sheng)學(xue)特性測試系統

　　圖1所示(shi)為(wei)微型超(chao)聲傳(chuan)感(gan)器(qi)的聲學特(te)性測試系(xi)統。函數發(fa)生器(qi)輸出的直流(liu)偏置和(he)交流(liu)激(ji)勵電(dian)(dian)(dian)(dian)壓(ya)經電(dian)(dian)(dian)(dian)壓(ya)放(fang)大器(qi)放(fang)大后(hou)，施加到電(dian)(dian)(dian)(dian)容式(shi)超(chao)聲波(bo)傳(chuan)感(gan)器(qi)上(shang)，使其發(fa)射超(chao)聲波(bo)。利(li)用超(chao)聲波(bo)傳(chuan)感(gan)器(qi)作為(wei)接(jie)收(shou)器(qi)，將電(dian)(dian)(dian)(dian)容超(chao)聲傳(chuan)感(gan)器(qi)和(he)傳(chuan)感(gan)器(qi)相對放(fang)置，形成一發(fa)一收(shou)狀態。超(chao)聲波(bo)傳(chuan)感(gan)器(qi)接(jie)收(shou)到的超(chao)聲波(bo)信號經放(fang)大電(dian)(dian)(dian)(dian)路后(hou)輸出至(zhi)示(shi)波(bo)器(qi)。

　　圖2：超聲傳感器接收到的波形

　　對直(zhi)徑為(wei)2.5mm的(de)傳感(gan)器施加頻率(lv)為(wei)30kHz，20Vp-p，10個周期的(de)正(zheng)弦交流激勵，直(zhi)流偏(pian)置(zhi)電壓為(wei)100V。將發射和接收(shou)傳感(gan)器距離5mm放置(zhi)，利用傳感(gan)器接收(shou)到的(de)信號原始波形如圖2所(suo)示(shi)。

　　實驗結果：

　　圖(tu)3：收發傳感器(qi)間距為5mm、3mm和2mm時接收到(dao)的(de)波形

　　圖3所示是收(shou)發傳(chuan)感(gan)器(qi)(qi)分(fen)別以5mm，3mm，和2mm的(de)(de)距離放置時(shi)，傳(chuan)感(gan)器(qi)(qi)接收(shou)到的(de)(de)信號(hao)(hao)經濾波(bo)處理后的(de)(de)結果。接收(shou)到的(de)(de)信號(hao)(hao)峰峰值約為(wei)0.071V、0.122V和0.129V，測試電路中傳(chuan)感(gan)器(qi)(qi)接收(shou)的(de)(de)信號(hao)(hao)放大后輸出至示波(bo)器(qi)(qi)，因此(ci)實際接收(shou)信號(hao)(hao)的(de)(de)峰峰值約為(wei)0.35mV、0.61mV和0.64mV。

　　圖4：40kHz平膜(mo)與非平膜(mo)傳感器發(fa)射(she)信號波(bo)形(xing)

　　將40kHz的平(ping)(ping)(ping)(ping)膜和非(fei)平(ping)(ping)(ping)(ping)膜傳(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)感(gan)器(qi)(qi)(qi)作為(wei)(wei)(wei)發射(she)器(qi)(qi)(qi)，傳(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)感(gan)器(qi)(qi)(qi)作為(wei)(wei)(wei)接收(shou)器(qi)(qi)(qi)，兩(liang)傳(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)感(gan)器(qi)(qi)(qi)相對5mm距離放(fang)置。對傳(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)感(gan)器(qi)(qi)(qi)施加頻率為(wei)(wei)(wei)40kHz，20Vp-p，10個(ge)周期的正弦交(jiao)流激勵，平(ping)(ping)(ping)(ping)膜傳(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)感(gan)器(qi)(qi)(qi)偏置電壓(ya)為(wei)(wei)(wei)100V，非(fei)平(ping)(ping)(ping)(ping)膜傳(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)感(gan)器(qi)(qi)(qi)偏置電壓(ya)為(wei)(wei)(wei)200V。圖(tu)(tu)4所(suo)示(shi)是接收(shou)到(dao)的信號(hao)(hao)波(bo)形，上圖(tu)(tu)為(wei)(wei)(wei)平(ping)(ping)(ping)(ping)膜傳(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)感(gan)器(qi)(qi)(qi)發射(she)的信號(hao)(hao)，下圖(tu)(tu)為(wei)(wei)(wei)凸臺非(fei)平(ping)(ping)(ping)(ping)膜傳(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)感(gan)器(qi)(qi)(qi)發射(she)的信號(hao)(hao)。接收(shou)到(dao)的信號(hao)(hao)峰(feng)(feng)峰(feng)(feng)值約為(wei)(wei)(wei)0.074V和0.088V，實際接收(shou)信號(hao)(hao)的峰(feng)(feng)峰(feng)(feng)值約為(wei)(wei)(wei)0.37mV和0.44mV。從測試結果可看(kan)出，非(fei)平(ping)(ping)(ping)(ping)膜傳(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)感(gan)器(qi)(qi)(qi)的輸(shu)出聲(sheng)壓(ya)值高于平(ping)(ping)(ping)(ping)膜傳(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)感(gan)器(qi)(qi)(qi)。由于施加到(dao)傳(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)感(gan)器(qi)(qi)(qi)上的偏置電壓(ya)較小(xiao)，因此接收(shou)到(dao)的信號(hao)(hao)幅值較小(xiao)。

　　圖5：平膜和非平膜傳感(gan)器發射聲波波形(xing)

　　利用制(zhi)作的(de)頻(pin)率相同的(de)平(ping)膜和非平(ping)膜傳感器(qi)(qi)(qi)進(jin)行發(fa)射(she)(she)(she)實(shi)驗，施加的(de)偏置電(dian)壓分別為100V和200V，交流激(ji)勵為40kHz，25Vp-p，1個周期的(de)正弦(xian)波信(xin)號(hao)(hao)，傳感器(qi)(qi)(qi)接收到(dao)的(de)信(xin)號(hao)(hao)原始波形如圖5所(suo)示。接收到(dao)平(ping)膜傳感器(qi)(qi)(qi)發(fa)射(she)(she)(she)的(de)聲(sheng)波信(xin)號(hao)(hao)幅(fu)值(zhi)約(yue)為0.082V，接收到(dao)的(de)非平(ping)膜傳感器(qi)(qi)(qi)發(fa)射(she)(she)(she)聲(sheng)波信(xin)號(hao)(hao)的(de)幅(fu)值(zhi)約(yue)為0.113V。

　　圖(tu)6：平膜傳感器(qi)濾波后的(de)波形與頻譜圖(tu)

　　圖6是平(ping)(ping)膜傳(chuan)(chuan)感(gan)(gan)(gan)器(qi)(qi)(qi)(qi)發射(she)信(xin)號經濾波后的(de)波形(xing)(xing)與(yu)(yu)頻(pin)譜分析(xi)結果(guo)，傳(chuan)(chuan)感(gan)(gan)(gan)器(qi)(qi)(qi)(qi)中(zhong)心頻(pin)率約為(wei)35kHz，帶寬約為(wei)90%。圖7為(wei)凸臺非平(ping)(ping)膜傳(chuan)(chuan)感(gan)(gan)(gan)器(qi)(qi)(qi)(qi)發射(she)信(xin)號經濾波后的(de)波形(xing)(xing)與(yu)(yu)頻(pin)譜分析(xi)結果(guo)，中(zhong)心頻(pin)率約為(wei)34kHz，帶寬約為(wei)100%。從傳(chuan)(chuan)感(gan)(gan)(gan)器(qi)(qi)(qi)(qi)的(de)聲學特性測試結果(guo)可以知(zhi)道，非平(ping)(ping)膜傳(chuan)(chuan)感(gan)(gan)(gan)器(qi)(qi)(qi)(qi)的(de)發射(she)能力高于(yu)平(ping)(ping)膜傳(chuan)(chuan)感(gan)(gan)(gan)器(qi)(qi)(qi)(qi)，而(er)且非平(ping)(ping)膜傳(chuan)(chuan)感(gan)(gan)(gan)器(qi)(qi)(qi)(qi)的(de)帶寬大(da)于(yu)平(ping)(ping)膜傳(chuan)(chuan)感(gan)(gan)(gan)器(qi)(qi)(qi)(qi)，與(yu)(yu)仿真分析(xi)的(de)結果(guo)一致。

　　圖7：非平膜傳(chuan)感器濾波后的波形與頻譜圖

　　電壓放大器推薦：ATA-2042

　　圖：ATA-2042高壓放大器指標參數

　　本(ben)資(zi)料由Aigtek安泰(tai)電子整理發布，更多案例及產(chan)品詳情請持(chi)續關注我(wo)們(men)。西安安泰(tai)電子Aigtek已經(jing)成為(wei)在業界擁(yong)有(you)廣泛(fan)產(chan)品線，且具有(you)相當(dang)規模的儀器設備供(gong)應商(shang)，樣機都支持(chi)免(mian)費試用。如想(xiang)了解(jie)更多功率放(fang)大器等產(chan)品，請持(chi)續關注安泰(tai)電子官(guan)網(wang)hkdyw.cn或(huo)撥打029-88865020。