實(shí)驗(yàn)名稱(chēng)：功率放大器基于聲光偏轉(zhuǎn)效應(yīng)的聲場(chǎng)重建實(shí)驗(yàn)研究

實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：水下聲信號(hào)在傳播過(guò)程中會(huì)引起介質(zhì)折射率的變化，當(dāng)激光穿過(guò)聲擾動(dòng)介質(zhì)時(shí)，介質(zhì)折射率的空間變化引起激光束的偏轉(zhuǎn)，利用位置敏感探測(cè)器（PSD）感應(yīng)激光的偏轉(zhuǎn)信息，可以反演出聲場(chǎng)的相關(guān)參數(shù)信息。激光束的偏轉(zhuǎn)可以被分解為平面內(nèi)和沿平面法向方向兩部分，利用這兩個(gè)部分可以分別計(jì)算得到聲壓和聲壓梯度值。同時(shí)利用邊界延拓方法可以顯著提高基爾霍夫積分定理聲全息方法的重建性能。

研究方向：聲光傳感、聲場(chǎng)重建

測(cè)試設(shè)備：ATA-1204A寬帶放大器

實(shí)驗(yàn)過(guò)程：實(shí)驗(yàn)過(guò)程主要由水聲換能器激勵(lì)源、激光光源、水聲換能器夾持裝置（實(shí)驗(yàn)室自制）和光信號(hào)采集四部分組成。換能器激勵(lì)包括功率放大器、信號(hào)發(fā)生器組成。信號(hào)發(fā)生器生成正弦信號(hào)，通過(guò)功率放大器放大信號(hào)電壓，激勵(lì)換能器發(fā)射超聲。通過(guò)功率放大器放大信號(hào)電壓，激勵(lì)換能器發(fā)射超聲。信號(hào)發(fā)生器同時(shí)為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)提供觸發(fā)信號(hào)，以便重建瞬時(shí)聲場(chǎng)。測(cè)量平面位于換能器下方5-10cm處。

激光器發(fā)射激光，垂直射入水缸穿過(guò)聲場(chǎng)，使用四象限位置探測(cè)器接收激光，探測(cè)器控制箱與示波器相連。在激發(fā)聲場(chǎng)前，需調(diào)整四象限探測(cè)器位置，將激光指向探測(cè)器中心位置，使激光處于PSD的線(xiàn)性探測(cè)區(qū)間內(nèi)。由于激光器本身固定于光學(xué)平臺(tái)上，所以實(shí)驗(yàn)中所有測(cè)量都是使用四自由度位移臺(tái)移動(dòng)和旋轉(zhuǎn)換能器來(lái)實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)超聲換能器與激光束水平情況下，移動(dòng)、旋轉(zhuǎn)超聲換能器和移動(dòng)、旋轉(zhuǎn)激光的效果相同。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果：應(yīng)用上述實(shí)驗(yàn)裝置對(duì)110kHz的超聲換能器進(jìn)行聲場(chǎng)重建。對(duì)一個(gè)周期內(nèi)的6個(gè)時(shí)刻，分別為0T，0.2T，0.4T，0.6T，0.8T和1.0T，使用光學(xué)偏轉(zhuǎn)法分別得到聲場(chǎng)聲壓值與聲壓法向梯度值。重建聲場(chǎng)在邊緣處趨近于0，這是由于換能器指向性強(qiáng)，在邊緣處聲壓值較低。通過(guò)分析聲場(chǎng)重建圖像可得，聲波中心位置呈現(xiàn)隨著時(shí)間向四周擴(kuò)散的中心輻射狀，且0T時(shí)刻與1T時(shí)刻的聲壓場(chǎng)、聲壓梯度場(chǎng)一致，證明可以清晰得到不同時(shí)刻的瞬時(shí)聲壓與聲壓梯度。實(shí)際上該方法能夠獲得更高時(shí)間分辨率的傳播過(guò)程，其上限取決于PSD的響應(yīng)速度（一般為10ns左右），能夠?qū)崿F(xiàn)高采樣率的聲場(chǎng)重建。

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