實(shí)驗(yàn)名稱：超聲波在亞波長波導(dǎo)管中傳播的實(shí)驗(yàn)研究

實(shí)驗(yàn)原理：前期理論研究預(yù)測(cè)聲波在亞波長波導(dǎo)管內(nèi)以規(guī)則平面波進(jìn)行傳播，且傳輸損耗較小，針對(duì)波導(dǎo)管內(nèi)聲波的傳播特性，本實(shí)驗(yàn)方法采用渡越時(shí)間(Time of fight)測(cè)量方法來展開實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)方案及測(cè)試原理如下圖所示。

圖a：測(cè)量亞波長波導(dǎo)管中聲速的裝置

亞波長波導(dǎo)管實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中1為信號(hào)發(fā)生器在通道1產(chǎn)生猝發(fā)音驅(qū)動(dòng)信號(hào)，脈沖個(gè)數(shù)小于2個(gè)，控制較低的重頻頻率，以保證各脈沖之間不相互干擾。通道2設(shè)置相同的信號(hào)與2示波器相連，作為觸發(fā)信號(hào)。3為射頻功率放大器（ATA-8035），將驅(qū)動(dòng)信號(hào)進(jìn)行放大，并控制驅(qū)動(dòng)幅值至設(shè)定值，4為阻抗匹配器將驅(qū)動(dòng)信號(hào)有效施加于超聲換能器，減小反向功率，降低系統(tǒng)功率損耗及反向功率造成的系統(tǒng)發(fā)熱和損傷。超聲換能器11將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為聲信號(hào)，通過固液耦合器7將聲波輸送至波導(dǎo)管的輸入端在鄰近輸入端有聲波導(dǎo)管6的支管，8水聽器在管口處2mm進(jìn)行測(cè)量，同型號(hào)10水聽器在另一個(gè)管口進(jìn)行測(cè)量，聲波信號(hào)在示波器中進(jìn)行對(duì)比得到時(shí)間差t，其精度能達(dá)到微秒級(jí)，并測(cè)量兩管口之間的距離L，即得到聲速v=L/t。5為固定板用于固定整個(gè)測(cè)量聲波產(chǎn)生、傳輸、接收部分。12、9、13為水箱用于儲(chǔ)存管內(nèi)介質(zhì)，并把超聲波的產(chǎn)生與超聲波的接收分隔開來，使之互不干擾。

測(cè)試設(shè)備：信號(hào)發(fā)生器、ATA-8035射頻功率放大器、示波器、水聽器、超聲換能器

實(shí)驗(yàn)過程：本實(shí)驗(yàn)超聲波的產(chǎn)生部分由信號(hào)發(fā)生器和壓電式換能器組成，信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生激勵(lì)信號(hào)，壓電式換能接收到激勵(lì)信號(hào)后，由逆壓電效應(yīng)產(chǎn)生脈沖聲波，脈沖信號(hào)的循環(huán)數(shù)設(shè)置為2，避免相互干擾。將壓電換能器固定在水槽底部并裝入純水，超聲波產(chǎn)生與傳輸部分并不直接觸碰，由管內(nèi)液體進(jìn)行連接，其亞波長波導(dǎo)管前端有漏斗形狀的部分為聲波耦合裝置，其目的是將壓電換能器產(chǎn)生的聲波導(dǎo)入到細(xì)細(xì)的管子中去，因?yàn)槲覀兊膶?shí)方法為時(shí)差法，故亞波長波導(dǎo)管有兩個(gè)支管，可通過分別對(duì)兩個(gè)支管聲波進(jìn)行檢測(cè)，并獲得它門之間的延時(shí)以對(duì)聲速進(jìn)行測(cè)量，最后通過水聽器來接收信號(hào)。

圖b：不同材料的聲速測(cè)量結(jié)果

圖c：不同材料下聲速隨頻率變化的點(diǎn)線圖

實(shí)驗(yàn)結(jié)果：將圖b不同材料的聲速測(cè)量結(jié)果畫成點(diǎn)線圖后便于觀察，如圖c所示，結(jié)合圖表我們觀察我們發(fā)現(xiàn)，材料為鋼的亞波長波導(dǎo)管中管壁材料的聲速接近于其材料本身的縱振動(dòng)速度5000m/s，管內(nèi)介質(zhì)的聲速也接近于管中純水的聲速1480m/s，說明當(dāng)亞波長波導(dǎo)管采用鋼作為管壁材料時(shí)，在亞波長尺度下，管壁與管內(nèi)介質(zhì)中的聲波并沒發(fā)生固液耦合；材料為黃銅的波導(dǎo)管中測(cè)量到的管壁中聲速低于其材料本身的聲速，材料為有機(jī)玻璃的波導(dǎo)管中測(cè)量到的管壁中聲速高于其材料本身的聲速，且由于未能測(cè)量到這兩種材料的波導(dǎo)管管中介質(zhì)的聲速，故無法進(jìn)一步判斷耦合的情況。

當(dāng)亞波長波導(dǎo)管的管壁材料為石英玻璃時(shí)，測(cè)量到的管壁聲速高于其本身材料中的縱振動(dòng)聲速，測(cè)量到的管內(nèi)介質(zhì)的聲速低于管中純水本身的聲速，故在亞波長尺度下，材料為石英玻璃的亞波長波導(dǎo)管發(fā)生了固液耦合。

ATA-8035射頻功率放大器簡介

ATA-8035是一款射頻功率放大器。其P1dB輸出功率250W，飽和輸出功率500W。增益數(shù)控可調(diào)，一鍵保存設(shè)置，提供了方便簡潔的操作選擇，可與主流的信號(hào)發(fā)生器配套使用，實(shí)現(xiàn)射頻信號(hào)的放大。寬范圍供電電源，可兼容全球不同地區(qū)的電源標(biāo)準(zhǔn)。

工作模式：ClassA

工作頻率：100kHz~3MHz

P1dB輸出功率：250W

飽和輸出功率：500W

功率增益：51dB

本文實(shí)驗(yàn)素材由西安安泰電子整理發(fā)布。公司致力于功率放大器、功率信號(hào)源、計(jì)量校準(zhǔn)源等產(chǎn)品為核心的相關(guān)行業(yè)測(cè)試解決方案的研究，為用戶提供具有競爭力的測(cè)試方案，Aigtek已經(jīng)成為在業(yè)界擁有廣泛產(chǎn)品線，且具有相當(dāng)規(guī)模的儀器設(shè)備供應(yīng)商，樣機(jī)都支持免費(fèi)試用。