實(shí)驗(yàn)過程：使用AFG30122型信號發(fā)生器輸出與發(fā)射換能器諧振頻率相同的正弦波信號，經(jīng)ATA-4014高壓功率放大器將電信號放大，從而驅(qū)動(dòng)發(fā)射換能器將電信號轉(zhuǎn)化為超聲信號向接收換能器傳輸；接收換能器將接收到的超聲信號重新轉(zhuǎn)化為電信號，利用示波器讀取接收換能器輸出的電壓值以及負(fù)載電阻兩端的電壓值。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果：測試條件：傳輸距離為30cm，負(fù)載電阻為38.5。隨著輸入電壓從20V增加到70V時(shí)，輸出功率逐漸從0.2W增加到2.11W。然而，傳輸效率呈現(xiàn)下降趨勢。當(dāng)換能器在人下工作時(shí)，換能器的等效電路為靜態(tài)電容和動(dòng)態(tài)電阻的并聯(lián)模式，系統(tǒng)呈容性。根據(jù)交流電路理論，加載在壓電換能器上的電流和電壓之間必然存在相位差0，從而產(chǎn)生無功功率，會(huì)降低有功功率的輸出和激勵(lì)源效率，同時(shí)造成電路中電能損失增加，嚴(yán)重將導(dǎo)致?lián)Q能器發(fā)熱嚴(yán)重，降低能量轉(zhuǎn)換效率。不同輸入電壓下，輸出端輸入電流、相位差、有效輸入功率和空負(fù)載情況下接收換能器兩端輸出電壓如圖2所示。隨著輸入電壓的增大，輸入電流和接收換能器兩端輸出電壓逐漸增大；同時(shí)輸入電壓和電流之間的相位差也逐漸增大，0從20°增加到35°，如圖2(b)所示，輸入電壓為60V輸入電流和輸出電壓之間存在30°的相位差。無功功率計(jì)算公式如下：

式中，U、Im、0分別為輸入電壓、輸入電流和相位差。隨著相位差的增大，無功功率增大，導(dǎo)致有效輸入功率降低，系統(tǒng)的能量傳輸效率也降低。因此在實(shí)際應(yīng)用過程需要對換能器進(jìn)行阻抗匹配，在發(fā)射端消除容性造成的無功功率，從而減輕發(fā)射電源負(fù)擔(dān)獲得更高的有功功率。

圖2：不同輸入電壓水下UWET系統(tǒng)輸出功率和能量傳輸效率

產(chǎn)品推薦：ATA-4014C高壓功率放大器

圖：ATA-4014C高壓功率放大器指標(biāo)參數(shù)

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