宽带功率放大器：超声声学及液滴动力学行为研究的新应用

实验名称：超声声场下液滴动力学行为研究

实验目的：利用超声换能器探索激励电压和悬浮能力之间的关系

测试设备：功率放大器、信号发生器、示波器、超声聚焦换能器阵列、工业摄像机

实验过程：该测量系统设计为利用换能器阵列产生声场；使用信号发生器和带宽放大器对换能器进行驱动，并使用ATA-1372A调节电压；使用示波器监测换能器电压电流进而计算功率；轴向移动的目标为密度为20kg/m3左右的的聚乙稀泡沬和多种密度不相同，但体积相同的固体及液体样品。为降低放置在不同波节位置带来的误差，各个样品要选择在同一个势阱位置释放达到悬浮，然后再进行电压调制实验。首先将可调电源的电压调至装置的额定电压10V，输出后为驻波声镊装置形成稳定的势阱，用于悬浮样品;然后，用镊子将体积为0.01cm3的泡沫小球样品或用微量注射器推取0.01ml液体，放入悬浮装置中预选号的一处势阱处，达到样品稳定悬浮后，缓慢调低可调电源的电压值，致使势阱处的声悬浮力值逐渐减小，直至不能和悬浮样品重力平衡发生掉落;接着，记录此时示波器上所显示的电压值。为了减小因每次取液体积有偏差及电压读值时带来的人为误差，针对以上每种样品至少进行5次实验来取最低电压的平均值。将此平均值记为此样品在0.01cm3体积下的最低悬浮电压值，此电压下产生的声场中，声悬浮力与悬浮样品的重力大致平衡，近似相等。最后，选择另一种样品置于声场，重复进行上述实验步骤，其实验框图如图1-1。

图1-1电压-悬浮能力实验框图

实验结果：图1-2显示了不同密度的样品所需的最低电压，即聚苯乙烯泡沫(0.02/cm3)75%乙醇(0.86g/cm3)为5.362V、水(1g/cm3)6.132V、食用油(0.9g/cm3)为5.502V、蜂蜜(1.5g/cm3)为6.61V。误差条表示在5次跌落试验中测量的标准偏差。还可以观察到，此超声聚焦换能器相控阵声镊装置的最低悬浮电压随着悬浮样品密度的增加，趋势呈线性增长变化，与理论分析一致。悬浮质量对应为0.2mg、8.6mg、9mg、10mg、14mg，据此可估算不同电压下可悬浮的物品质量。误差来源于每次取液体积的偏差，及电压读值时带来的人为误差。

图1-2悬浮能力随激励电压变化的曲线

功率放大器推荐：ATA-1372A

图：ATA-1372A宽带放大器指标参数

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审核编辑 黄宇