功率放大器基于聲光偏轉效應的聲場重建實驗的應用

實驗名稱：功率放大器基于聲光偏轉效應的聲場重建實驗研究

實驗內(nèi)容：水下聲信號在傳播過程中會引起介質折射率的變化，當激光穿過聲擾動介質時，介質折射率的空間變化引起激光束的偏轉，利用位置敏感探測器（PSD）感應激光的偏轉信息，可以反演出聲場的相關參數(shù)信息。激光束的偏轉可以被分解為平面內(nèi)和沿平面法向方向兩部分，利用這兩個部分可以分別計算得到聲壓和聲壓梯度值。同時利用邊界延拓方法可以顯著提高基爾霍夫積分定理聲全息方法的重建性能。

研究方向：聲光傳感、聲場重建

測試設備：ATA-1204A寬帶放大器

實驗過程：實驗過程主要由水聲換能器激勵源、激光光源（Thorlabs，He-NeHRS015B）、水聲換能器夾持裝置（實驗室自制）和光信號采集四部分組成。換能器激勵包括高壓放大器（AigtekATA1204A）、信號發(fā)生器(Tektronix，AFG3022C)組成。信號發(fā)生器生成正弦信號，通過功率放大器放大信號電壓，激勵換能器發(fā)射超聲。通過功率放大器放大信號電壓，激勵換能器發(fā)射超聲。信號發(fā)生器同時為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)提供觸發(fā)信號，以便重建瞬時聲場。測量平面位于換能器下方5-10cm處。

激光器發(fā)射激光，垂直射入水缸穿過聲場，使用四象限位置探測器（Thorlabs,PDQ80A）接收激光，探測器控制箱（Thorlabs，KPA101）與示波器(Tektronix,MDO3104)相連。在激發(fā)聲場前，需調(diào)整四象限探測器位置，將激光指向探測器中心位置，使激光處于PSD的線性探測區(qū)間內(nèi)。由于激光器本身固定于光學平臺上，所以實驗中所有測量都是使用四自由度位移臺移動和旋轉換能器來實現(xiàn)的。當超聲換能器與激光束水平情況下，移動、旋轉超聲換能器和移動、旋轉激光的效果相同。

實驗結果：應用上述實驗裝置對110kHz(DYW-110-30A)的超聲換能器進行聲場重建。對一個周期內(nèi)的6個時刻，分別為0T，0.2T，0.4T，0.6T，0.8T和1.0T，使用光學偏轉法分別得到聲場聲壓值與聲壓法向梯度值。重建得到的聲場圖像如圖1,2所示。

觀察圖1可以看出，重建聲場在邊緣處趨近于0，這是由于換能器指向性強，在邊緣處聲壓值較低。通過分析聲場重建圖像可得，聲波中心位置呈現(xiàn)隨著時間向四周擴散的中心輻射狀，且0T時刻與1T時刻的聲壓場、聲壓梯度場一致，證明可以清晰得到不同時刻的瞬時聲壓與聲壓梯度。實際上該方法能夠獲得更高時間分辨率的傳播過程，其上限取決于PSD的響應速度（一般為10ns左右），能夠實現(xiàn)高采樣率的聲場重建。

Aigtek安泰功率放大器在本次實驗中發(fā)揮的作用：將脈沖信號放大200倍

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