實(shí)驗(yàn)名稱：頻響范圍及靈敏度聲傳感測(cè)試

測(cè)試設(shè)備：功率放大器、示波器、信號(hào)發(fā)生器、頻譜分析儀、鎖定放大器、相位調(diào)制器、光電檢測(cè)器等。

實(shí)驗(yàn)過程：

圖1：(a)環(huán)形諧振腔的實(shí)驗(yàn)測(cè)試系統(tǒng)：PM，相位調(diào)制器；SG，信號(hào)發(fā)生器；PD，光電探測(cè)器；LIA，鎖定放大器；PI，鎖定頻率控制器；HVA，功率放大器；OSC，示波器；SA，頻譜分析儀；PA，功率放大器。這里，藍(lán)線是光路，黑線是電路；(b)傳感器2的環(huán)形諧振腔的光譜線和頻率鎖定曲線；（c）傳感器2的解調(diào)信號(hào)在加入聲信號(hào)時(shí)的響應(yīng)

構(gòu)建了基于相位調(diào)制光譜技術(shù)的聲信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)。測(cè)試系統(tǒng)中包含激光器以及相位調(diào)制器；光電檢測(cè)器；鎖定放大器；信號(hào)發(fā)生器；功率放大器(HVA）；頻譜分析儀、示波器和比例積分(PI)模塊，如圖1所示。

圖2：傳感器的頻率響應(yīng)和平坦度。（a）揚(yáng)聲器的頻率響應(yīng)；（b）壓電陶瓷的頻率響應(yīng)

在頻率響應(yīng)測(cè)試實(shí)驗(yàn)中，SG的輸出幅度保持在10V，以保持聲源所產(chǎn)生聲壓的穩(wěn)定性。在40kHz、58kHz、200kHz和300kHz下測(cè)試了SOI微環(huán)形諧振腔產(chǎn)生的響應(yīng)頻率點(diǎn)，以表明頻率范圍。在此基礎(chǔ)上，減小了頻率間隔，在50Hz到100Hz的范圍內(nèi)，間隔縮小至10Hz。在100Hz到1kHz范圍內(nèi)的間隔為100Hz，1kHz到20kHz的范圍內(nèi)的間隔為1kHz。適當(dāng)?shù)卦黾映曨l率范圍以測(cè)試所設(shè)計(jì)的傳感器能夠響應(yīng)的頻率范圍。使用頻譜分析儀測(cè)試環(huán)形諧振腔的頻率響應(yīng)范圍：在某一頻率點(diǎn)采集聲信號(hào)響應(yīng)數(shù)據(jù)，直到聲信號(hào)的幅值無法與背景噪聲區(qū)分。測(cè)試結(jié)果如圖2所示。每個(gè)傳感器的平坦度均為2dB，最寬頻率范圍達(dá)到160kHz。當(dāng)Q值更高時(shí)，諧振腔性能更好，實(shí)現(xiàn)了更寬的頻率響應(yīng)。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果：

圖3：聲傳感器靈敏度對(duì)比圖

靈敏度是聲學(xué)性能的主要指標(biāo)之一，是傳感器輸出的多個(gè)電壓幅值與相對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)聲級(jí)計(jì)測(cè)量的聲壓值的擬合斜率，單位為mV/Pa。SG產(chǎn)生1kHz正弦信號(hào)并保持不變，經(jīng)功率放大器放大后，信號(hào)連接到聲源系統(tǒng)。通過控制SG的振幅，聲源輸出不同聲壓級(jí)的信號(hào)。實(shí)驗(yàn)中，SG振幅以1V的步長(zhǎng)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(biāo)準(zhǔn)聲級(jí)計(jì)的聲壓值。如圖3所示，隨著聲源驅(qū)動(dòng)電壓的增加，聲壓級(jí)逐漸增強(qiáng)從而導(dǎo)致空氣折射率產(chǎn)生明顯變化，檢測(cè)電壓幅值升高。實(shí)驗(yàn)結(jié)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(xiàn)大幅增長(zhǎng)的趨勢(shì)。因此，Q值為3.44*106的傳感器具有60.075mV/Pa的高靈敏度。

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圖：ATA-309C功率放大器指標(biāo)參數(shù)

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審核編輯 黃宇