實(shí)驗(yàn)名稱:功率放大器基于柔性壓電超聲換能器水下放射實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用
實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?/p>
針對長期輔助治療骨質(zhì)損傷的需求,設(shè)計(jì)了一種可貼附式的柔性壓電超聲換能器。
實(shí)驗(yàn)設(shè)備:
主機(jī),信號發(fā)生器,功率放大器(ATA-4011),水聽器,測試水箱
實(shí)驗(yàn)內(nèi)容:
通過步進(jìn)電機(jī)控制實(shí)現(xiàn)測試夾持平臺在X、Y和Z軸的上的位移。信號發(fā)生器和功率放大器作為激勵(lì)端,給柔性壓電超聲換能器一個(gè)激勵(lì)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(fā)射出來的超聲波,并通過示波器反饋到主機(jī),進(jìn)行采集數(shù)據(jù)。
實(shí)驗(yàn)過程:
本次測試首先采用頻率為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(lì)信號,使用功率放大器驅(qū)動??刂扑犉髋c柔性壓電超聲換能器的距離為5cm(由于設(shè)備自身裝配的關(guān)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(zhǔn)待測器件的中心位置。
黑色的波形是信號發(fā)生器產(chǎn)生的波形,藍(lán)色的波形是水聽器接收到的波形。從圖中可以看出,水聽器接收到的超聲信號電壓峰峰值為31mV。但是在在不改變水聽器和柔性壓電超聲換能器的相對位置和激勵(lì)電壓幅值的情況下,反復(fù)改變正弦激勵(lì)的頻率時(shí),發(fā)現(xiàn)在頻率為357kHz時(shí),水聽器接收到的超聲信號強(qiáng)度最大。
頻率為321.15kHz下激勵(lì)信號波形和接收電壓波形
頻率為357kHz下激勵(lì)信號波形和接收電壓波形
實(shí)驗(yàn)結(jié)果:
經(jīng)過計(jì)算和得到的激勵(lì)電壓幅值與超聲波聲強(qiáng)的關(guān)系如圖所示。從圖中可以看出,當(dāng)正弦激勵(lì)信號頻率為357kHz、幅值達(dá)到100V時(shí),水聽器在距離柔性壓電超聲換能器5cm處測量得到的信號經(jīng)過計(jì)算后,聲強(qiáng)為55.33W/m2,換算得5.533mW/cm2。由于本次實(shí)驗(yàn)控制的最小距離為5cm,而非完全貼合,因此導(dǎo)致測量得到的聲強(qiáng)較小。但從目前實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)中可以看出,柔性壓電超聲換能器產(chǎn)生的低強(qiáng)度超聲波具有潛在能力去輔助治療骨折愈合,其安全性能取決于激勵(lì)電壓幅值的大小和照射時(shí)間的長短。
超聲波聲強(qiáng)與激勵(lì)電壓幅值的關(guān)系
-
功率放大器
+關(guān)注
關(guān)注
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