實驗名稱：超聲波在亞波長波導(dǎo)管中傳播的實驗研究

實驗原理：前期理論研究預(yù)測聲波在亞波長波導(dǎo)管內(nèi)以規(guī)則平面波進(jìn)行傳播，且傳輸損耗較小，針對波導(dǎo)管內(nèi)聲波的傳播特性，本實驗方法采用渡越時間(Time of fight)測量方法來展開實驗，實驗方案及測試原理如下圖所示。

圖a：測量亞波長波導(dǎo)管中聲速的裝置

亞波長波導(dǎo)管實驗系統(tǒng)中1為信號發(fā)生器在通道1產(chǎn)生猝發(fā)音驅(qū)動信號，脈沖個數(shù)小于2個，控制較低的重頻頻率，以保證各脈沖之間不相互干擾。通道2設(shè)置相同的信號與2示波器相連，作為觸發(fā)信號。3為射頻功率放大器（ATA-8035），將驅(qū)動信號進(jìn)行放大，并控制驅(qū)動幅值至設(shè)定值，4為阻抗匹配器將驅(qū)動信號有效施加于超聲換能器，減小反向功率，降低系統(tǒng)功率損耗及反向功率造成的系統(tǒng)發(fā)熱和損傷。超聲換能器11將電信號轉(zhuǎn)換為聲信號，通過固液耦合器7將聲波輸送至波導(dǎo)管的輸入端在鄰近輸入端有聲波導(dǎo)管6的支管，8水聽器在管口處2mm進(jìn)行測量，同型號10水聽器在另一個管口進(jìn)行測量，聲波信號在示波器中進(jìn)行對比得到時間差t，其精度能達(dá)到微秒級，并測量兩管口之間的距離L，即得到聲速v=L/t。5為固定板用于固定整個測量聲波產(chǎn)生、傳輸、接收部分。12、9、13為水箱用于儲存管內(nèi)介質(zhì)，并把超聲波的產(chǎn)生與超聲波的接收分隔開來，使之互不干擾。

測試設(shè)備：信號發(fā)生器、ATA-8035射頻功率放大器、示波器、水聽器、超聲換能器

實驗過程：本實驗超聲波的產(chǎn)生部分由信號發(fā)生器和壓電式換能器組成，信號發(fā)生器產(chǎn)生激勵信號，壓電式換能接收到激勵信號后，由逆壓電效應(yīng)產(chǎn)生脈沖聲波，脈沖信號的循環(huán)數(shù)設(shè)置為2，避免相互干擾。將壓電換能器固定在水槽底部并裝入純水，超聲波產(chǎn)生與傳輸部分并不直接觸碰，由管內(nèi)液體進(jìn)行連接，其亞波長波導(dǎo)管前端有漏斗形狀的部分為聲波耦合裝置，其目的是將壓電換能器產(chǎn)生的聲波導(dǎo)入到細(xì)細(xì)的管子中去，因為我們的實方法為時差法，故亞波長波導(dǎo)管有兩個支管，可通過分別對兩個支管聲波進(jìn)行檢測，并獲得它門之間的延時以對聲速進(jìn)行測量，最后通過水聽器來接收信號。

圖b：不同材料的聲速測量結(jié)果

圖c：不同材料下聲速隨頻率變化的點(diǎn)線圖

實驗結(jié)果：將圖b不同材料的聲速測量結(jié)果畫成點(diǎn)線圖后便于觀察，如圖c所示，結(jié)合圖表我們觀察我們發(fā)現(xiàn)，材料為鋼的亞波長波導(dǎo)管中管壁材料的聲速接近于其材料本身的縱振動速度5000m/s，管內(nèi)介質(zhì)的聲速也接近于管中純水的聲速1480m/s，說明當(dāng)亞波長波導(dǎo)管采用鋼作為管壁材料時，在亞波長尺度下，管壁與管內(nèi)介質(zhì)中的聲波并沒發(fā)生固液耦合；材料為黃銅的波導(dǎo)管中測量到的管壁中聲速低于其材料本身的聲速，材料為有機(jī)玻璃的波導(dǎo)管中測量到的管壁中聲速高于其材料本身的聲速，且由于未能測量到這兩種材料的波導(dǎo)管管中介質(zhì)的聲速，故無法進(jìn)一步判斷耦合的情況。

當(dāng)亞波長波導(dǎo)管的管壁材料為石英玻璃時，測量到的管壁聲速高于其本身材料中的縱振動聲速，測量到的管內(nèi)介質(zhì)的聲速低于管中純水本身的聲速，故在亞波長尺度下，材料為石英玻璃的亞波長波導(dǎo)管發(fā)生了固液耦合。

ATA-8035射頻功率放大器簡介

ATA-8035是一款射頻功率放大器。其P1dB輸出功率250W，飽和輸出功率500W。增益數(shù)控可調(diào)，一鍵保存設(shè)置，提供了方便簡潔的操作選擇，可與主流的信號發(fā)生器配套使用，實現(xiàn)射頻信號的放大。寬范圍供電電源，可兼容全球不同地區(qū)的電源標(biāo)準(zhǔn)。

工作模式：ClassA

工作頻率：100kHz~3MHz

P1dB輸出功率：250W

飽和輸出功率：500W

功率增益：51dB

本文實驗素材由西安安泰電子整理發(fā)布。公司致力于功率放大器、功率信號源、計量校準(zhǔn)源等產(chǎn)品為核心的相關(guān)行業(yè)測試解決方案的研究，為用戶提供具有競爭力的測試方案，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。