用于超声脉冲回波测量的高灵敏度简易零差相位检测器

我们设计并构建了一台现代多功能研究级仪器，用于在实验室条件下通过超声脉冲回波探测广泛材料的弹性性质。该仪器的核心在于 Analog Devices 公司的 AD8302 微芯片：一款增益与相位检测器。为构建该装置，我们实现了一种利用零差原理进行信号处理而非传统超外差方法的电路方案。该设计允许在 $0-360^\circ$ 整个范围内以高精度和线性测量相移。系统构造与使用简单；它使广大研究人员能够轻松进行超声测量。通过在 $\sim$ 40 MHz 频率下测量 KTa$_{0.92}$Nb$_{0.08}$O$_{3}$ (KTN) 单晶中超声速度和衰减的温度依赖性对其进行了测试。测试在铁电相变附近进行，其中速度和衰减的大幅变化要求检测器具有卓越特性。所述检测器具有宽动态范围，并允许在铁电相变整个温度范围内单次运行测量，而非先前可用的有限区间。此外，由于增益测量的宽动态范围和高灵敏度，该仪器能够揭示先前无法分辨的与 KTN 晶体铁电相变发展相关的特征。