實驗名稱：功率放大器在彎曲波聲學(xué)透鏡聚焦實驗中的應(yīng)用

實驗內(nèi)容：測試彎曲波經(jīng)相鄰的聲學(xué)透鏡反射之后，是否可以到達聚焦位置，實現(xiàn)能量收集的目的。

研究方向：聲子晶體中的彈性波傳播機理研究

測試設(shè)備：信號發(fā)生器，ATA-2022B高壓放大器、縱波直探頭、PZT、示波器、計算機等

實驗過程：

首先基于Minlin板理論和相位調(diào)制原理設(shè)計了兩個相鄰的透鏡，理論和數(shù)值仿真證明了彎曲波會在一定區(qū)域內(nèi)聚焦，且聚焦尺寸小于半波長。為了驗證這一設(shè)計理念，在鋁板邊界加工出聲學(xué)透鏡，在激發(fā)區(qū)域布置PZT陣列，所有PZT以并聯(lián)的方式接入電路。

雖然PZT本身換能效率較高，但為了同時驅(qū)動整組陣列，需要接入功率放大器進行信號放大。本次實驗選用功率放大器型號為ATA-2022B高壓放大器，輸出端將電壓放大20倍后接入PZT陣列，從而提供足夠大的電壓，同時驅(qū)動17個壓電陶瓷片，激勵端為窄帶脈沖信號，中心頻率為25kHz，可以實現(xiàn)完美的放大。

接收端利用縱波直探頭在檢測區(qū)域進行逐點采集信號，將示波器連入電腦方便批量化處理。最后將所有采集信號進行傅里葉變換轉(zhuǎn)化到頻域，定性表征彎曲波聚焦的規(guī)律，并與仿真結(jié)果進行對比。

由兩個透鏡結(jié)合的板用于聚焦入射彎曲波的示意圖：

（a）透鏡的示意圖；（b）底板的理論模型。

矩形鋁板和實驗系統(tǒng)，該矩形鋁板由兩個布置在角落的透鏡制成。

實驗結(jié)果：

彎曲波聚焦現(xiàn)象非常明顯，實際聚焦位置（0.101m,0）與理論設(shè)計值（0.1m,0）非常吻合。聚焦尺寸在x和y方向上分別是1.92cm和1.40cm，相當(dāng)于0.57λ和0.42λ。Y方向上的聚焦尺寸小于半波長，這表明它屬于亞波長聚焦。

FFT后接收電壓的平方：（a）理論聚焦位置附近；（b）當(dāng)y＝0時沿著x方向；（c）當(dāng)x＝0.101m時沿著y方向。

ATA-2022B高壓放大器：

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審核編輯 黃宇