功率放大器在彎曲波聲學(xué)透鏡聚焦實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用
實(shí)驗(yàn)名稱：功率放大器在彎曲波聲學(xué)透鏡聚焦實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用
實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：測試彎曲波經(jīng)相鄰的聲學(xué)透鏡反射之后，是否可以到達(dá)聚焦位置，實(shí)現(xiàn)能量收集的目的。
研究方向：聲子晶體中的彈性波傳播機(jī)理研究
測試設(shè)備：信號(hào)發(fā)生器，ATA-2022B高壓放大器、縱波直探頭、PZT、示波器、計(jì)算機(jī)等
實(shí)驗(yàn)過程：
首先基于Minlin板理論和相位調(diào)制原理設(shè)計(jì)了兩個(gè)相鄰的透鏡，理論和數(shù)值仿真證明了彎曲波會(huì)在一定區(qū)域內(nèi)聚焦，且聚焦尺寸小于半波長。為了驗(yàn)證這一設(shè)計(jì)理念，在鋁板邊界加工出聲學(xué)透鏡，在激發(fā)區(qū)域布置PZT陣列，所有PZT以并聯(lián)的方式接入電路。
雖然PZT本身換能效率較高，但為了同時(shí)驅(qū)動(dòng)整組陣列，需要接入功率放大器進(jìn)行信號(hào)放大。本次實(shí)驗(yàn)選用功率放大器型號(hào)為ATA-2022B高壓放大器，輸出端將電壓放大20倍后接入PZT陣列，從而提供足夠大的電壓，同時(shí)驅(qū)動(dòng)17個(gè)壓電陶瓷片，激勵(lì)端為窄帶脈沖信號(hào)，中心頻率為25kHz，可以實(shí)現(xiàn)完美的放大。
接收端利用縱波直探頭在檢測區(qū)域進(jìn)行逐點(diǎn)采集信號(hào)，將示波器連入電腦方便批量化處理。最后將所有采集信號(hào)進(jìn)行傅里葉變換轉(zhuǎn)化到頻域，定性表征彎曲波聚焦的規(guī)律，并與仿真結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。
由兩個(gè)透鏡結(jié)合的板用于聚焦入射彎曲波的示意圖：
（a）透鏡的示意圖；（b）底板的理論模型。
矩形鋁板和實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，該矩形鋁板由兩個(gè)布置在角落的透鏡制成。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果：
彎曲波聚焦現(xiàn)象非常明顯，實(shí)際聚焦位置（0.101m,0）與理論設(shè)計(jì)值（0.1m,0）非常吻合。聚焦尺寸在x和y方向上分別是1.92cm和1.40cm，相當(dāng)于0.57λ和0.42λ。Y方向上的聚焦尺寸小于半波長，這表明它屬于亞波長聚焦。
FFT后接收電壓的平方：（a）理論聚焦位置附近；（b）當(dāng)y＝0時(shí)沿著x方向；（c）當(dāng)x＝0.101m時(shí)沿著y方向。
Aigtek安泰電子功率放大器在本次實(shí)驗(yàn)中發(fā)揮的作用：放大信號(hào)發(fā)生器的激勵(lì)信號(hào)，提供足夠大的電壓從而驅(qū)動(dòng)PZT產(chǎn)生平行波
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