鋁板的板波量測

由頻率響應量測可得到 APFC 的工作頻率，但無法得知 APFC 在鋁 板上所產生的板波為何種形式及其特性。因此將 APFC 在鋁板上配置為 一組發射、一組接收的型態，擷取暫態的時域訊號，瞭解 APFC 在鋁板 上激發何種型態的板波。

4.4.1 實驗架構

以函數產生器產生一振幅為 1VPP的正弦波單脈衝，透過功率放大器 將訊號增益 50dB 驅動 APFC，將接收埠連接至示波器，擷取接收之暫態 時域訊號，實驗架構如圖 4.43 所示。實驗試片的邊界條件主要分為兩種，

一種為自由狀態，另一種是將 APFC 黏貼於鋁板， 鋁板厚度為 1mm。

在鋁板邊緣黏上一層高阻尼的矽膠材料，以減少反射波的影響，使 APFC 收到的暫態訊號較易辨別。比較圖 4.44 的圖(a)與(b)，得知高阻尼材料 確實更達到吸收反射波的功效。

4.4.2 激發與感測的板波特性

首先進行自由狀態之 APFC 的暫態訊號量測實驗，由頻率響應實驗 得到電極間距為 1mm 之 APFC 的工作頻率為 730kHz，以此頻率激發具 更 21 對電極的 APFC，另以一具更 11 對電極的 APFC 接收訊號，APFC 元件的實物照片如圖 4.45 所示。圖 4.46(a)所示為具更 11 對電極的 APFC 擷取的暫態訊號，傳遞距離為 20mm，大約在觸發後 6.898μs 開始接收到 訊號，所以相速度約為 2.899mm/μs，將暫態訊號經快速傅利葉轉換(fast fourier transform, FFT)處理，結果如圖 4.46(b)所示，主要頻率約為 725kHz，

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利用(4.1)式可知波長約為 4mm，與設計相符。

接著量測黏貼於鋁板之 APFC 的暫態訊號，試片配置如圖 4.47 所示，

位於鋁板左端具更 21 對電極的 APFC 激發一導波訊號，再由鋁板右端具 更 11 對電極的 APFC 接收訊號，兩組 APFC 間的距離為 150mm。由先 前的頻率響應實驗得知，電極間距 1mm 的 APFC 黏貼在鋁板的工作頻 率為 350kHz、800kHz 及 1.95MHz。以單一週期、頻率 350kHz 的正弦 波脈衝激振發射端之 APFC，激振訊號如圖 4.48(a)所示。將激振訊號進 行 FFT 可得到訊號的頻譜，如圖 4.48(b)所示，由訊號頻譜得知其激發 APFC 的頻率範圍。圖 4.49(a)所示為接收端之 APFC 所量測到的暫態訊 號，圖 4.49(b)所示則為訊號的局部放大圖，FFT 轉換後的頻譜，如圖 4.49(c)所示。圖 4.50 及圖 5.52 所示分別為激振頻率為 800kHz 與 2MHz 的暫態訊號及頻譜，圖 4.51 及圖 4.53 所示分別為板波訊號及頻譜。圖 4.49、圖 4.51 及圖 4.53 所示之實驗結果顯示，電極間距 1mm 之 APFC 在鋁板上可激發頻率為 350kHz、800kHz 及 1.94MHz 的導波，APFC 率 先接收到的板波頻率為 800kHz，緊接著是 1.94MHz，最後扺達的是 350kHz。在兩 APFC 的傳遞路徑中間滴上一直徑約為 10mm 的圓形水灘，

若激振訊號頻率為 2MHz 的正弦單脈衝，其暫態訊號及頻諎如圖 4.52 所 示，圖 4.54 所示為量測結果。與未滴上水的結果(圖 4.53)作比較，可觀 察到頻率為 1.94MHz 的導波振幅受到水的影響衰減，而 800kHz 的導波 無明顯的變動，推測是因為前者為 A₁板波，在低頻範圍的態量衰減值較 後者 A0板波大，詳細探討可參考許世明[18]。

以相同的試片配置進行電極間距 0.8mm 之 APFC 接收鋁板板波的 暫態訊號量測。圖 4.55、圖 4.57 及圖 4.59 所示分別是頻率為 450kHz、1 MHz 及 2.5MHz 之正弦單脈衝激發板波的暫態訊號及頻譜，圖 4.56、圖

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4.58 及圖 4.60 所示分別為其量測之板波訊號及頻譜。參考圖 4.56 所示，

電極間距 0.8mm 之 APFC 在鋁板上可產生頻率為 450kHz、1.04MHz 及 2.48MHz 的導波，率先接收到的導波頻率為 1.04MHz，緊接著是 2.48MHz，

最後則是 450kHz。

在 PFC 的阻抗響應量測實驗中，黏貼於鋁板上的 PFC 在頻率約 3.7MHz 處依然可以產生明顯的共振，推測 PFC 可在鋁板上產生導波，

故以實驗驗證之。PFC 黏貼於鋁板上的配置如圖 4.61 所示，兩個 PFC 的長度皆為 40mm，相距 150mm，以單一週期、頻率 4MHz 的正弦脈衝 激振 PFC，圖 4.62 所示為激發的脈衝訊號及頻譜，圖 4.63 所示為量測 結果，PFC 可在鋁板上激發單一頻率為 3.68MHz 的聲波。因 PFC 的作 用長度為 40mm，無法產生如此高頻的訊號，推測此聲波是由 PFC 的厚 度模態所產生。由接收到訊號的時間估算，可能是 PFC 在鋁板上產生的 徹體波，經多次反射傳抵接收之 PFC。

4.4.3 小結

量測自由狀態之 APFC 的暫態波傳訊號，得知所激發的導波波長為 APFC 電極間距的 4 倍。由一發一收的暫態訊號量測結果，確認 APFC 可在鋁板上激發與自身工作頻率相近的導波。電極間距 1mm 之 APFC 在 1mm 厚之鋁板上可產生頻率為 350kHz、800kHz 及 1.94MHz 的板波，

電極間距 0.8mm 之 APFC 在上述鋁板上則可產生頻率為 450kHz、

1.04MHz 及 2.48MHz 的板波。相同的基本板波模態波長變短，頻率變高，

由接收到的訊號抵達時間相近，推測 800kHz 與 1.04MHz 的聲波屬於同 一模態的板波，350kHz 與 450kHz 的聲波也屬於同一模態之板波，另外，

1.94MHz 與 2.48MHz 的聲波應為同一模態的板波。當 APFC 黏貼於鋁

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板表面致動時，受到鋁板主結構的影響，生成的板波波長改變。