實驗名稱：頻響(xiang)范圍(wei)及靈敏(min)度聲(sheng)傳感測試

　　測試設備：功率放大器、示波器(qi)、信號發生器(qi)、頻(pin)譜分(fen)析儀、鎖定放大器(qi)、相位調制(zhi)器(qi)、光電(dian)檢(jian)測器(qi)等。

　　實驗過程：

　　圖1：(a)環形(xing)諧(xie)振腔的(de)實驗測試(shi)系統(tong)：PM，相位調(diao)制器(qi)(qi)；SG，信號(hao)發(fa)生器(qi)(qi)；PD，光電探測器(qi)(qi)；LIA，鎖定放(fang)大(da)(da)器(qi)(qi)；PI，鎖定頻率(lv)控(kong)制器(qi)(qi)；HVA，功率(lv)放(fang)大(da)(da)器(qi)(qi)；OSC，示波(bo)器(qi)(qi)；SA，頻譜分析(xi)儀；PA，功率(lv)放(fang)大(da)(da)器(qi)(qi)。這里(li)，藍線是(shi)光路，黑線是(shi)電路；(b)傳(chuan)感器(qi)(qi)2的(de)環形(xing)諧(xie)振腔的(de)光譜線和(he)頻率(lv)鎖定曲線；（c）傳(chuan)感器(qi)(qi)2的(de)解(jie)調(diao)信號(hao)在加(jia)入聲信號(hao)時的(de)響(xiang)應(ying)

　　構建了基于(yu)相位調制光譜(pu)技(ji)術的聲信號(hao)檢測系統。測試系統中包含激光器(qi)以及相位調制器(qi)；光電檢測器(qi)；鎖定放大器(qi)；信號(hao)發生器(qi)；功率放大器(qi)(HVA）；頻(pin)譜(pu)分析儀、示波(bo)器(qi)和比例積(ji)分(PI)模塊，如(ru)圖(tu)1所示。

　　圖2：傳感器(qi)的頻率響(xiang)應和平坦度。（a）揚聲器(qi)的頻率響(xiang)應；（b）壓電陶瓷(ci)的頻率響(xiang)應

　　在(zai)(zai)(zai)頻(pin)(pin)(pin)(pin)率(lv)響(xiang)(xiang)應(ying)(ying)測(ce)(ce)試實(shi)驗(yan)中，SG的(de)(de)(de)輸出幅度保持在(zai)(zai)(zai)10V，以保持聲(sheng)(sheng)源(yuan)所產生聲(sheng)(sheng)壓(ya)的(de)(de)(de)穩(wen)定性。在(zai)(zai)(zai)40kHz、58kHz、200kHz和300kHz下測(ce)(ce)試了SOI微環形(xing)諧(xie)(xie)振(zhen)腔(qiang)(qiang)產生的(de)(de)(de)響(xiang)(xiang)應(ying)(ying)頻(pin)(pin)(pin)(pin)率(lv)點，以表明頻(pin)(pin)(pin)(pin)率(lv)范(fan)(fan)圍(wei)(wei)。在(zai)(zai)(zai)此基(ji)礎上，減小(xiao)了頻(pin)(pin)(pin)(pin)率(lv)間(jian)隔，在(zai)(zai)(zai)50Hz到100Hz的(de)(de)(de)范(fan)(fan)圍(wei)(wei)內(nei)，間(jian)隔縮小(xiao)至10Hz。在(zai)(zai)(zai)100Hz到1kHz范(fan)(fan)圍(wei)(wei)內(nei)的(de)(de)(de)間(jian)隔為100Hz，1kHz到20kHz的(de)(de)(de)范(fan)(fan)圍(wei)(wei)內(nei)的(de)(de)(de)間(jian)隔為1kHz。適當地增加超聲(sheng)(sheng)頻(pin)(pin)(pin)(pin)率(lv)范(fan)(fan)圍(wei)(wei)以測(ce)(ce)試所設(she)計的(de)(de)(de)傳感器能夠(gou)響(xiang)(xiang)應(ying)(ying)的(de)(de)(de)頻(pin)(pin)(pin)(pin)率(lv)范(fan)(fan)圍(wei)(wei)。使用頻(pin)(pin)(pin)(pin)譜分析儀(yi)測(ce)(ce)試環形(xing)諧(xie)(xie)振(zhen)腔(qiang)(qiang)的(de)(de)(de)頻(pin)(pin)(pin)(pin)率(lv)響(xiang)(xiang)應(ying)(ying)范(fan)(fan)圍(wei)(wei)：在(zai)(zai)(zai)某一頻(pin)(pin)(pin)(pin)率(lv)點采集(ji)聲(sheng)(sheng)信號(hao)響(xiang)(xiang)應(ying)(ying)數據，直(zhi)到聲(sheng)(sheng)信號(hao)的(de)(de)(de)幅值(zhi)無法與背景(jing)噪聲(sheng)(sheng)區(qu)分。測(ce)(ce)試結果如圖2所示。每個傳感器的(de)(de)(de)平坦(tan)度均為2dB，最寬頻(pin)(pin)(pin)(pin)率(lv)范(fan)(fan)圍(wei)(wei)達到160kHz。當Q值(zhi)更高(gao)時，諧(xie)(xie)振(zhen)腔(qiang)(qiang)性能更好，實(shi)現了更寬的(de)(de)(de)頻(pin)(pin)(pin)(pin)率(lv)響(xiang)(xiang)應(ying)(ying)。

　　實驗結果：

　　圖(tu)3：聲(sheng)傳感器靈(ling)敏度對比圖(tu)

　　靈敏度是聲學性能的主要指標之一，是傳感器輸出的多個電壓幅值與相對應的標準聲級計測量的聲壓值的擬合斜率，單位為mV/Pa。SG產生1kHz正弦信號并保持不變，經功率放大器放大后，信號連接到聲源系統。通過控制SG的振幅，聲源輸出不同聲壓級的信號。實驗中，SG振幅以1V的步長從1-10V依次遞增。分別記錄示波器上傳感器的電壓輸出和標準聲級計的聲壓值。如圖3所示，隨著聲源驅動電壓的增加，聲壓級逐漸增強從而導致空氣折射率產生明顯變化，檢測電壓幅值升高。實驗結果表明，所有R²都大于0.97，線性度很好。此外，Q值更高，傳感器的輸出電壓將呈現大幅增長的趨勢。因此，Q值為3.44*10⁶的傳(chuan)感器具有60.075mV/Pa的高(gao)靈敏(min)度。

　　功(gong)率放大器推(tui)薦：ATA-309C

　　圖：ATA-309C功率放大器指標參數

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