實驗名稱：功率放大器基于柔性壓電超聲換能器水下放射實驗中的應用

實驗目的：

針對長期輔助治療骨質損傷的需求,設計了一種可貼附式的柔性壓電超聲換能器。

實驗設備：

主機，信號發生器，功率放大器（ATA-4011高壓功率放大器），水聽器，測試水箱

實驗內容：

通過步進電機控制實現測試夾持平台在X、Y和Z軸的上的位移。信號發生器和功率放大器作爲激勵端，給柔性壓電超聲換能器一個激勵的正弦信號。固定位置的水聽器用于水下接收柔性壓電超聲換能器發射出來的超聲波，並通過示波器反饋到主機，進行采集數據。

實驗過程：

本次測試首先采用頻率爲321.15kHz(通过阻抗分析仪先前在水中测得的器件谐振频率）幅值为 10V正弦电压作为柔性压电超聲換能器工作的激励信号，使用功率放大器驅動。控制水聽器與柔性壓電超聲換能器的距離爲5cm（由于設備自身裝配的關系，水聽器與待測器件的最小距離爲5cm)，並且保證水聽器的接收端對准待測器件的中心位置。

黑色的波形是信號發生器産生的波形，藍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爲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電壓幅值的情況下，反複改變正弦激勵的頻率時，發現在頻率爲357kHz時，水聽器接收到的超聲信號強度最大。

頻率爲321.15kHz下激勵信號波形和接收電壓波形

頻率爲357kHz下激勵信號波形和接收電壓波形

實驗結果：

经过计算和得到的激励电压幅值与超声波声强的关系如图所示。从图中可以看出，当正弦激励信号頻率爲357kHz、幅值達到100V時，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過計算後，聲強爲55.33W/m2，換算得5.533mW/cm2。由于本次實驗控制的最小距離爲5cm，而非完全貼合，因此導致測量得到的聲強較小。但從目前實驗的數據中可以看出，柔性壓電超聲換能器産生的低強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電壓幅值的大小和照射時間的長短。

超聲波聲強與激勵電壓幅值的關系

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