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實(shí)驗名稱(chēng)：功率放大器基于柔性壓電超聲換能器水下放射實(shí)驗中的應用 實(shí)驗目的： 針對長(cháng)期輔助治療骨質(zhì)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(shí)驗設備： 實(shí)驗內容： 通過(guò)步進(jìn)電機控制實(shí)現測試夾持平臺在X、Y和Z軸的上的位移。信號發(fā)生器和功率放大器作為激勵端，給柔性壓電超聲換能器一個(gè)激勵的正弦信號。固定位置的水聽(tīng)器用于水下接收柔性壓電超聲換能器發(fā)射出來(lái)的超聲波，并通過(guò)示波器反饋到主機，進(jìn)行采集數據。 實(shí)驗過(guò)程： 本次測試首先采用頻率為321.15kHz(通過(guò)阻抗分析儀先前在水中測得的器件諧振頻率）幅值為 10V正弦電壓作為柔性壓電超聲換能器工作的激勵信號，使用功率放大器驅動(dòng)�？刂扑�(tīng)器與柔性壓電超聲換能器的距離為5cm（由于設備自身裝配的關(guān)系，水聽(tīng)器與待測器件的最小距離為5cm)，并且保證水聽(tīng)器的接收端對準待測器件的中心位置。 黑色的波形是信號發(fā)生器產(chǎn)生的波形，藍色的波形是水聽(tīng)器接收到的波形。從圖中可以看出，水聽(tīng)器接收到的超聲信號電壓峰峰值為31mV。但是在在不改變水聽(tīng)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，反復改變正弦激勵的頻率時(shí)，發(fā)現在頻率為357kHz時(shí)，水聽(tīng)器接收到的超聲信號強度最大。 頻率為321.15kHz下激勵信號波形和接收電壓波形 頻率為357kHz下激勵信號波形和接收電壓波形 實(shí)驗結果： 經(jīng)過(guò)計算和得到的激勵電壓幅值與超聲波聲強的關(guān)系如圖所示。從圖中可以看出，當正弦激勵信號頻率為357kHz、幅值達到100V時(shí)，水聽(tīng)器在距離柔性壓電超聲換能器5cm處測量得到的信號經(jīng)過(guò)計算后，聲強為55.33W/m2，換算得5.533mW/cm2。由于本次實(shí)驗控制的最小距離為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(shí)驗的數據中可以看出，柔性壓電超聲換能器產(chǎn)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(shí)間的長(cháng)短。 超聲波聲強與激勵電壓幅值的關(guān)系 |
