超聲換(huan)能器(qi)(qi)是一種能將高頻電能轉(zhuan)化為機械能的一種裝(zhuang)置。目(mu)前的超聲換(huan)能器(qi)(qi)發展迅速，基于 MEMS 工藝，采用微電子和微機(ji)械(xie)加(jia)工技術(shu)制作(zuo)出(chu)來的新型超(chao)聲換(huan)能器具有體積小、重量(liang)輕、功(gong)耗低、靈敏度高等特點(dian)，應用的范圍也更加(jia)廣泛。

超聲換能(neng)器一般分為壓(ya)電式(shi)和電容(rong)式(shi)換(huan)能(neng)器(qi)兩種類型。一般使用功率放大器驅動，壓電式超聲換能器是通過材料的壓電效應將電信號轉換為機械能（即超聲波）再傳遞出去；電容式超聲換能器是一種靜電式換能器，它的膜片依靠靜電吸引力推動發聲，產生超聲波。這兩者在研制和應用上都具有各自的特點和優勢，發展迅速。

本文基(ji)于壓電材(cai)料 PZT 設計了一(yi)種新型柔(rou)性壓電超聲(sheng)換(huan)能器，能夠將電能轉變為(wei)機械振動，從(cong)而產生超聲(sheng)波。并(bing)對柔性(xing)壓電(dian)超聲換能(neng)器進行了水下超(chao)聲發射實驗。

實驗設備：示波器（KEYSIGHT-DSOX3054A）、信號發生器（AgilentE4432B）、ATA-4011功率放大器和高精度水聽器（RESON-TC4038）

實驗(yan)內容：

通過步進電機(ji)控制(zhi)實現(xian)測(ce)試夾持平臺在 X、Y 和 Z 軸的上的位移。信號發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，并通過示波器反饋到主機，進行采集數據。

本次測(ce)試首(shou)先采用頻率為(wei) 321.15kHz（通過阻抗分析儀先前在(zai)水中測(ce)得的(de)器(qi)(qi)(qi)(qi)件諧(xie)振頻率）幅值為(wei) 10V 正弦(xian)電(dian)(dian)壓(ya)(ya)作為(wei)柔性壓(ya)(ya)電(dian)(dian)超(chao)(chao)聲(sheng)換能器(qi)(qi)(qi)(qi)工作的(de)激勵信號(hao)(hao)。控制(zhi)水聽(ting)(ting)(ting)(ting)器(qi)(qi)(qi)(qi)與(yu)柔性壓(ya)(ya)電(dian)(dian)超(chao)(chao)聲(sheng)換能器(qi)(qi)(qi)(qi)的(de)距(ju)(ju)離為(wei) 5cm（由于設備(bei)自身裝配的(de)關系，水聽(ting)(ting)(ting)(ting)器(qi)(qi)(qi)(qi)與(yu)待測(ce)器(qi)(qi)(qi)(qi)件的(de)最小距(ju)(ju)離為(wei) 5cm），并且(qie)保證水聽(ting)(ting)(ting)(ting)器(qi)(qi)(qi)(qi)的(de)接(jie)收端對(dui)準(zhun)待測(ce)器(qi)(qi)(qi)(qi)件的(de)中心位置。測(ce)試(shi)的(de)結果如圖(tu)(tu)所示，黑色的(de)波形(xing)是(shi)(shi)信號(hao)(hao)發(fa)生器(qi)(qi)(qi)(qi)產生的(de)波形(xing)，藍(lan)色的(de)波形(xing)是(shi)(shi)水聽(ting)(ting)(ting)(ting)器(qi)(qi)(qi)(qi)接(jie)收到的(de)波形(xing)。從圖(tu)(tu)中可以看出，水聽(ting)(ting)(ting)(ting)器(qi)(qi)(qi)(qi)接(jie)收到的(de)超(chao)(chao)聲(sheng)信號(hao)(hao)電(dian)(dian)壓(ya)(ya)峰峰值為(wei)31mV。但是(shi)(shi)在(zai)實驗測(ce)試(shi)中，在(zai)不改(gai)變水聽(ting)(ting)(ting)(ting)器(qi)(qi)(qi)(qi)和柔性壓(ya)(ya)電(dian)(dian)超(chao)(chao)聲(sheng)換能器(qi)(qi)(qi)(qi)的(de)相(xiang)對(dui)位置和激勵電(dian)(dian)壓(ya)(ya)幅值的(de)情況(kuang)下，反復改(gai)變正弦(xian)激勵的(de)頻率時(shi)，發(fa)現在(zai)頻率為(wei) 357kHz 時(shi)，水聽(ting)(ting)(ting)(ting)器(qi)(qi)(qi)(qi)接(jie)收到的(de)超(chao)(chao)聲(sheng)信號(hao)(hao)強度最大。 

為相同距離(li)下頻率為 357kHz 幅(fu)值為(wei) 10V 的(de)正弦(xian)激勵信(xin)號下水(shui)聽器接收到(dao)(dao)的(de)超(chao)聲信(xin)號波(bo)形。從圖(tu)中可以看出，水(shui)聽器接收到(dao)(dao)的(de)電壓峰(feng)峰(feng)值為(wei) 64.3mV，大(da)于(yu)在頻率(lv) 321.15kHz 下測(ce)得的(de) 31mV。

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