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高壓功率放大器在超聲駐波聲場(chǎng)的聽(tīng)聲器中的應(yīng)用

更新時(shí)間:2022-12-01      瀏覽次數(shù):371

  實(shí)驗(yàn)名稱:高壓功率放大器在超聲駐波聲場(chǎng)的聽(tīng)聲器聲壓測(cè)量中的應(yīng)用

  研究方向:3D打印

  測(cè)試目的:利用聽(tīng)聲器對(duì)聲場(chǎng)的測(cè)量是一種基于對(duì)聲壓的采集,利用CPB分析及FFT分析處理,得到涉入點(diǎn)聲壓的方法。介于聽(tīng)聲器采集信號(hào)為時(shí)域信號(hào),而對(duì)于信號(hào)的分析,雖時(shí)域信號(hào)可直觀觀測(cè)信號(hào)形狀,但這一特性需基于極短時(shí)間觀測(cè),且不能利用有限參數(shù)對(duì)信號(hào)進(jìn)行描述,成分析困難,采樣周期再密集也無(wú)法還原出原始信號(hào)。而對(duì)于頻域信號(hào)的處理,可將復(fù)雜信號(hào)分解為正弦信號(hào)等多個(gè)簡(jiǎn)單信號(hào),可對(duì)采集信號(hào)進(jìn)行構(gòu)造分析。對(duì)信號(hào)進(jìn)行頻域分析的方法是利用FFT分析,將時(shí)域信號(hào)描述成與之相對(duì)的頻域信號(hào),在頻域信號(hào)中發(fā)現(xiàn)頻譜的規(guī)律來(lái)提取信號(hào)特征。而CPB分析是分析振動(dòng)信號(hào)的一種常用手段在聲學(xué)、結(jié)構(gòu)相應(yīng)、振動(dòng)學(xué)等方面有廣泛應(yīng)用。

  測(cè)試設(shè)備:ATA-4052高壓功率放大器、信號(hào)發(fā)生器、監(jiān)測(cè)輸入信號(hào)的示波器、麥克風(fēng)、聲學(xué)測(cè)試分析儀、前置放大器、換能器、冷水機(jī)、計(jì)算機(jī)。

超聲駐波聲場(chǎng)的聽(tīng)聲器測(cè)量系統(tǒng)

  圖:超聲駐波聲場(chǎng)的聽(tīng)聲器測(cè)量系統(tǒng)

  實(shí)驗(yàn)過(guò)程:該測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)為利用換能器振動(dòng)產(chǎn)生聲場(chǎng);使用信號(hào)發(fā)生器對(duì)換能器進(jìn)行驅(qū)動(dòng),并使用安泰ATA-4052功率放大器來(lái)調(diào)節(jié)功率;使用示波器觀測(cè)以調(diào)節(jié)諧振頻率點(diǎn);由于換能器工作過(guò)程中發(fā)熱將影響其性能,使用冷水機(jī)提供恒溫恒流恒壓的冷卻水,對(duì)工作狀態(tài)的換能器進(jìn)行散熱;因聲場(chǎng)中存在傳感器等干擾物,將對(duì)聲場(chǎng)本身的特性產(chǎn)生一定影響,干擾物所在位置的高頻聲場(chǎng)將發(fā)生變化,測(cè)得聲壓值將不準(zhǔn)確,故使用可避免此情況的1/4英寸預(yù)極化自由場(chǎng)測(cè)量傳聲器的麥克風(fēng)對(duì)聲場(chǎng)感知,對(duì)傳聲器頻響進(jìn)行調(diào)整,補(bǔ)償因涉入聲場(chǎng)在聲場(chǎng)中對(duì)高頻聲壓造成的誤差,以測(cè)得無(wú)畸變的真實(shí)聲壓;使用的放大器為1/4英寸麥克風(fēng)前置放大器,連接麥克風(fēng)和數(shù)據(jù)分析裝置并校準(zhǔn)電荷注入及整個(gè)測(cè)量系統(tǒng);數(shù)據(jù)分析裝置為聲學(xué)測(cè)試分析儀,對(duì)提取點(diǎn)處的聲壓采集、記錄,并利用包括FFT頻帶提取在內(nèi)的FE頻譜分析及CPB分析電的標(biāo)準(zhǔn)濾波器1/3倍頻程分析進(jìn)行數(shù)據(jù)后處理;在保證聽(tīng)聲器與變幅桿軸線在同一直線上的基礎(chǔ)上,利用移動(dòng)平臺(tái)從遠(yuǎn)到近依次移動(dòng)聽(tīng)聲器,測(cè)試并記錄測(cè)試點(diǎn)聲壓及測(cè)試點(diǎn)與換能器端面距離。變化換能器功率,測(cè)量多組數(shù)據(jù),而后統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步分析。

  實(shí)驗(yàn)結(jié)果:利用上述聽(tīng)聲器聲壓測(cè)量實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)聲場(chǎng)的測(cè)量,由于麥克風(fēng)具有指向性,首先探究聽(tīng)聲器指向性對(duì)聲場(chǎng)測(cè)量的影響程度,設(shè)置聽(tīng)聲器橫向縱向,結(jié)果如圖1所示,聽(tīng)聲器橫向放置波動(dòng)明顯劇烈且聲壓幅值明顯小于縱向放置,則麥克風(fēng)的指向性對(duì)測(cè)量聲場(chǎng)影響較大,選擇縱向放置進(jìn)行測(cè)量。

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  圖1:聽(tīng)聲器指向性結(jié)果實(shí)驗(yàn)

  測(cè)量結(jié)果軸線位置聲壓分布如圖2-a)所示,不同徑向位置軸向的聲壓分布曲線如圖2-b)所示。根據(jù)聲場(chǎng)測(cè)量結(jié)果,利用MATLAB繪制三維聲場(chǎng)分布圖利用mesh指令編程進(jìn)行繪制利用三維點(diǎn)插值griddata對(duì)數(shù)據(jù)繪制曲面圖進(jìn)行平滑過(guò)渡,繪制三維聲場(chǎng)聲壓分布圖。

  圖2:測(cè)量結(jié)果軸線位置分布圖

  由圖2-a結(jié)果分布曲線可知,聲壓測(cè)量結(jié)果中存在波動(dòng),這是由于所測(cè)聲場(chǎng)由較小振幅較小功率產(chǎn)生,在較小聲壓聲場(chǎng)中能量存在波動(dòng)現(xiàn)象,但可知波動(dòng)范圍大小與波長(zhǎng)相關(guān),故波動(dòng)范圍大小為仿真正確與否的判斷依據(jù)之一;由圖2a也可看出最大能量節(jié)點(diǎn)位置為22mm附近,在聲場(chǎng)聲壓分布規(guī)律相同時(shí),最大能量節(jié)點(diǎn)位置相同,最大能量節(jié)點(diǎn)位置為仿真正確與否的判斷依據(jù)之一,由圖2-b結(jié)果所示,軸線位置聲壓幅值明顯大于其他徑向位置,越遠(yuǎn)離軸線的位置聲壓越小。

不同功率聲壓分布曲線

  圖3:不同功率聲壓分布曲線

  調(diào)節(jié)換能器輸出功率,測(cè)量不同輸出功率換能器軸線方向的聲壓分布,實(shí)驗(yàn)結(jié)果規(guī)律曲線如圖3所示。輸出功率越大,聲場(chǎng)聲壓越大,聲壓分布規(guī)律相似,但大輸出功率聲場(chǎng)的波動(dòng)較少。

  安泰ATA-4052高壓功率放大器:

高壓功率放大器ATA-4052指標(biāo)參數(shù)

  圖:高壓功率放大器ATA-4052指標(biāo)參數(shù)

  本文實(shí)驗(yàn)素材由西安安泰電子整理發(fā)布。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。


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