功率放大器在弯曲波声学透镜聚焦实验中的应用

实验名称：功率放大器在弯曲波声学透镜聚焦实验中的应用

实验内容：测试弯曲波经相邻的声学透镜反射之后，是否可以到达聚焦位置，实现能量收集的目的。

研究方向：声子晶体中的弹性波传播机理研究

测试设备：信号发生器，ATA-2022B高压放大器、纵波直探头、PZT、示波器、计算机等

实验过程：

首先基于Minlin板理论和相位调制原理设计了两个相邻的透镜，理论和数值仿真证明了弯曲波会在一定区域内聚焦，且聚焦尺寸小于半波长。为了验证这一设计理念，在铝板边界加工出声学透镜，在激发区域布置PZT阵列，所有PZT以并联的方式接入电路。

虽然PZT本身换能效率较高，但为了同时驱动整组阵列，需要接入功率放大器进行信号放大。本次实验选用功率放大器型号为ATA-2022B高压放大器，输出端将电压放大20倍后接入PZT阵列，从而提供足够大的电压，同时驱动17个压电陶瓷片，激励端为窄带脉冲信号，中心频率为25kHz，可以实现完美的放大。

接收端利用纵波直探头在检测区域进行逐点采集信号，将示波器连入电脑方便批量化处理。最后将所有采集信号进行傅里叶变换转化到频域，定性表征弯曲波聚焦的规律，并与仿真结果进行对比。

由两个透镜结合的板用于聚焦入射弯曲波的示意图：

（a）透镜的示意图；（b）底板的理论模型。

矩形铝板和实验系统，该矩形铝板由两个布置在角落的透镜制成。

实验结果：

弯曲波聚焦现象非常明显，实际聚焦位置（0.101m,0）与理论设计值（0.1m,0）非常吻合。聚焦尺寸在x和y方向上分别是1.92cm和1.40cm，相当于0.57λ和0.42λ。Y方向上的聚焦尺寸小于半波长，这表明它属于亚波长聚焦。

FFT后接收电压的平方：（a）理论聚焦位置附近；（b）当y＝0时沿着x方向；（c）当x＝0.101m时沿着y方向。

Aigtek安泰电子功率放大器在本次实验中发挥的作用：放大信号发生器的激励信号，提供足够大的电压从而驱动PZT产生平行波

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