Page 123 - 《应用声学》2023年第1期

第 42 卷 第 1 期 王成等： 氧化铟锡薄膜的磁感应热声分析 119

表 2 基底材料相关参数
Table 2 Material parameters of ITO film

比热容 热传导系数 密度 热扩散系数 厚度
基底材料
2
C p,g /(J·K −1 ·m −3 ) k g /(W·m −1 ·K −1 ) ρ g /(kg·m −3 ) α s/(m ·s −1 ) H/mm
PET 1172 0.15 1390 9.21 × 10 −8 0.05

现场测试如图 5 所示，为了防止线圈产生干扰，
2 理论计算与实验测试
对其进行了相应的固定。交流信号由信号发生器提
供给线圈，让其产生交变的磁场，以供导电膜完成
上文已建立了氧化铟锡 (Indium Tin Oxide,
无接触式发声。声信号的拾取点布置在薄膜的中轴
ITO)导电膜的磁-热-声效应理论模型，给出了导电
线上。
膜的输出声压公式。利用该公式对薄膜的声压进行
计算，计算结果列于下文的图中，与实验结果对比
分析。

2.1 实验测试
实验中的发声器是常用作太阳能电极材料
的 ITO 导电膜 (导电膜的厚度为 1.2 µm，半径为
7
1.8 cm，导电率为 10 s·m)，导电膜的基底为 PET，
如图 3 所示。搭建了 ITO 导电膜声学实验平台，实
验系统如图 4 所示。薄膜圆面中心与线圈横截圆面
中心重合，当线圈通入交流电，线圈产生交变磁场，
导电膜在交变磁场的作用下产生声信号，并由传声
图 5 实验现场
器接收，通过数据采集仪输入到 DASP 信号分析软
Fig. 5 Field experiment diagram
件中进行处理。磁 -热 -声实验在半消声室内进行，
半消声室的本地噪声低于20 dB(A)。 2.2 结果分析
图6所示是导电薄膜的输出声压和涡流热功率
的关系。实验中，输入信号的频率选取 6000 Hz，其
瑞利距离为4.3 cm，本次的测距为3.5 cm，因此测得
的是近场声压。将计算所需的参数 (见表 1 和表 2)
代入公式 (1)，求得薄膜声压的理论值，列于图 6 中。
从图 6 中可以分析得出，实验值与理论值基本吻合，
薄膜输出声压和薄膜的涡流热功率呈线性关系；随
图 3 ITO 导电膜 着线圈的输入电流增加，导线和线圈的热损耗也在
Fig. 3 ITOconductive film
逐渐增加，使得测试值与理论值之间的误差也逐渐
变大，说明实际的热声转换效率随输入电流增大而

ηՂԧၷ٨ ӧ๗ܦࠉ DASPηՂ 降低。
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由薄膜声压公式 (1) 和公式 (2) 可知，在远场区
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域薄膜输出声压与测点距离存在关系 P m ∝ 1/r 0 ，
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输入频率为 4000 Hz 的交流信号，其瑞利距离为
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ڔ 2.4 cm，控制薄膜的输入功率不变，测点的距离为
1∼8 cm，得到薄膜输出声压随测点距离变化如图 7
图 4 实验系统分布图 所示，理论值与实验值的变化趋势基本一致，吻合
Fig. 4 Distribution diagram of experimental system 良好。