實驗名稱：功率放大器基于柔性壓電超聲換能器水下放射實驗中的應用

實驗目的：

針對長期(qi)輔助治療骨(gu)質損傷的(de)需求,設計了一種可貼(tie)附式的柔性(xing)壓電超聲(sheng)換能(neng)器(qi)。

實(shi)驗設備：

主機，信號發生器，功率放大器（ATA-4011高壓功率放大器），水聽器，測試水箱

實驗內容：

通過步進電機控制實現測試夾持平臺在X、Y和Z軸的上的位移。信號發生器和功率放大器作為激勵端，給柔性壓電超聲換能器一個激勵的正弦信號。固定位置的水聽器用于水下接收柔性壓電超聲換能器發射出來的超聲波，并通過示波器反饋到主機，進行采集數據。

實驗(yan)過程：

本次(ci)測試首先采用(yong)頻率為321.15kHz(通過阻抗分析儀先前在水中測得的器件諧振頻率）幅值為 10V正弦電壓作為柔性壓電超聲換能器工作的激勵信號，使用功率放大器驅動。控制水聽器與柔性壓電超聲換能器的距離為5cm（由于設備自身裝配的關系，水聽器與待測器件的最小距離為5cm)，并且保證水聽器的接收端對準待測器件的中心位置。

黑色的(de)波(bo)形是信號發生器(qi)產生的(de)波(bo)形，藍(lan)色的(de)波(bo)形是水聽(ting)器(qi)接(jie)(jie)收到(dao)(dao)的(de)波(bo)形。從圖(tu)中(zhong)可(ke)以看出，水聽(ting)器(qi)接(jie)(jie)收到(dao)(dao)的(de)超聲信號電(dian)壓峰(feng)峰(feng)值為31mV。但是在(zai)在(zai)不改(gai)變(bian)(bian)水聽器和柔性壓電(dian)超聲換(huan)能器的相(xiang)對位(wei)置和激勵(li)電(dian)壓幅值的情況下，反復改(gai)變(bian)(bian)正弦激勵(li)的頻率時，發現在(zai)頻率為357kHz時，水聽器接收到的超聲信號強度(du)最大。

頻率(lv)為321.15kHz下激勵信號波(bo)形和(he)接收電(dian)壓波(bo)形

頻率為(wei)357kHz下激(ji)勵信(xin)號波(bo)形(xing)(xing)和接收電(dian)壓波(bo)形(xing)(xing)

實驗結果(guo)：

經過計算和得到(dao)的激(ji)勵電壓幅值與(yu)超聲波聲強的關系如圖(tu)所示(shi)。從(cong)圖(tu)中可以看(kan)出，當正弦激(ji)勵信號頻率為357kHz、幅值達(da)到(dao)100V時，水聽器在(zai)距(ju)(ju)離柔性壓(ya)電超聲(sheng)換(huan)能(neng)器5cm處測量得(de)到(dao)的信號(hao)經過計算后，聲(sheng)強為(wei)55.33W/m2，換(huan)算得(de)5.533mW/cm2。由于本次實驗控(kong)制(zhi)的最小(xiao)距(ju)(ju)離為(wei)5cm，而非完全貼合，因此導致(zhi)測量得(de)到(dao)的聲(sheng)強較(jiao)小(xiao)。但從目(mu)前(qian)實驗的數(shu)據中可以(yi)看出，柔性壓(ya)電超聲(sheng)換(huan)能(neng)器產生的低強度超聲(sheng)波(bo)具有潛(qian)在(zai)能(neng)力去輔助治療骨折愈合,其安全性能(neng)取決于激(ji)勵(li)電壓(ya)幅值的大小(xiao)和照射時間的長短。

超聲波聲強(qiang)與(yu)激勵電壓幅值的關(guan)系

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