高压功率放大器在超声悬浮中的应用

高压功率放大器（指芯明天生产的高压功率放大器，又名：功率放大器、电压放大器等）是内部具有电压与功率放大电路、可将微弱的外部模拟信号（如信号发生器）进行放大、输出的放大器。高压功率放大器的增益可高达180倍，并且它的输出电压值V、输出频率值f等皆可进行调节。

在介绍高压功率放大器如何在超声悬浮中应用前，我们先来了解下超声悬浮技术及其应用。

超声悬浮技术

超声悬浮技术是地面和空间条件下实现材料无容器处理的关键技术之一，和电磁悬浮技术相比，它不受材料导电与否的限制，且悬浮和加热分别控制，因而可用以研究非金属材料和低熔点合金的无容器凝固。

超声驻波悬浮原理

超声驻波悬浮是超声悬浮中的一种，其基本原理是压电换能器产生声源振动，声波在辐射面和反射面之间多次反射叠加，当激励信号声源几何位置满足一定关系时形成驻波，利用超声驻波与物体的相互作用产生竖直方向的悬浮力以克服物体的重量，同时产生水平方向的定位力将物体固定于声压节点处。激励信号的不同，形成声压节点的位置和数量不同，所以可以在不同位置悬浮起物体。

超声悬浮工作原理

超声驻波悬浮特点

超声驻波悬浮可以悬浮起小于1/4波长的任何物体，它也可以悬浮起活体生物而不影响其生命特征。与电磁悬浮技术相比超声悬浮对试样的电磁性能没有特殊要求，悬浮稳定，容易控制。

超声驻波悬浮应用

超声悬浮技术可以模拟空间无容器状态，用于材料凝固理论和制备工艺的研究。超声驻波声场具有一个特殊的物理特性叫深过冷特性，深过冷特性指的是在超声驻波声场中物体低于它凝固点温度仍然保持液态，正是因为这些特殊的性能，超声驻波声场广泛的应用于新材料制备、新药品制备、生物化学分析领域和精密传输领域。

在材料制备方面，由于它的深过冷物理特性，它可以制备出组织细化、均匀、高超导性能的材料，它还可以实现金属粉末的分离，比如将二氧化硅与铁粉末分开。

在生物化学分析领域，由于物体被悬浮起来没有容器，它就避免了容器壁对样品的污染、容器壁与样品之间的相互化学作用，以及容器壁对检测信号的干扰，因为大部分检测原理都是基于光学原理，容器壁产生的光学效应会影响它的检测精度。

在精密制造领域，超声驻波声场还可以实现精密元器件的非接触悬浮传输和操作。

芯明天实验验证超声驻波悬浮

超声悬浮装置简图如下图所示。

超声悬浮装置简图

（1.高压功率放大器 2.压电陶瓷换能器 3.变幅杆 4.圆锥形发射端 5.悬浮样品 6.凹球面反射面）

超声驻波是由压电陶瓷换能器的振动而产生，而压电陶瓷换能器的振动是由高压功率放大器的电信号控制。

为验证超声驻波悬浮现象，芯明天公司做了一个简单的实验，采用芯明天E01系列高压功率放大器驱动一款压电陶瓷换能器，驱动电压为100V、驱动频率约为22.5kHz。实验证实，E01系列高压功率放大器驱动压电陶瓷换能器产生超声驻波，可让泡沫物产生悬浮现象，效果如下方视频所示。

芯明天高压功率放大器

综上所述，高压功率放大器在超声悬浮中的作用是为产生振动的压电陶瓷换能器提供控制电压、频率信号等。

芯明天公司专业研发、生产高压功率放大器近20年，所生产的高压功率放大器的型号达上百种，可选的参数范围也非常宽泛，例如：输出电压可高达1800V，输出带宽可达500kHz，可选模拟、数字信号控制，单台控制器的通道数可达300通道，具有机箱式、易集成式、小体积、板卡式、工业型、宇航级等。

•机箱式高压功率放大器

芯明天E00/E01机箱式高压功率放大器可输出高达1800V的高压，可选带宽达150kHz，增益达180倍。

•小体积型高压功率放大器

芯明天E53系列小体积型高压功率放大器具有1个输出通道，可将0~10V的模拟输入信号放大至0~120V或150V并输出，带宽达10kHz，可选择外部模拟信号控制或上位机软件控制。

•集成式高压功率放大器

芯明天E52系列高压功率放大器可将0~10V模拟输入信号进行12倍或15倍放大输出，输出峰值电流高达17A，带宽可达10kHz。

•USB型高压功率放大器

芯明天E63.C系列USB式高压功率放大器，可对软件控制，输出0~150V电压，可直接插入计算机进行输出电压大小及输出频率的控制。

•4通道高压功率放大器

芯明天E80四通道高压功率放大器可将0~10V电压进行80倍放大输出（即800V输出），带宽可达1kHz，可通过模拟或数字信号控制。

•板卡式高压功率放大器

芯明天E80.A4K板卡式高压功率放大器的体积超薄，具有4个输出通道，可将0~10V模拟输入电压进行12倍放大至0~120V并输出，非常易于集成。

•64通道高压功率放大器

芯明天E82.A64K高压功率放大器，具有64个输出通道，可将0~5V模拟输入电压30倍放大至0~150V并输出，带宽可达30kHz。

•256通道高压功率放大器

芯明天E82.A256K高压功率放大器，具有256个输出通道，可通过网口进行控制放大器的输出电压，带宽可达1kHz，标准3U机箱。

哈尔滨芯明天科技有限公司是专注于压电纳米运动与控制系统的研发、生产和销售的高新技术企业，提供基于压电陶瓷微位移技术的微米级行程、纳米级定位精度的直线运动产品，毫弧度级偏转角度、纳弧度级偏转精度的角度运动产品与配套压电控制器、高压功率放大器产品以及相关解决方案，是中国压电纳米定位行业开发、创新、开拓的先锋。

芯明天已获得国家高新技术企业认定，并通过了ISO9001:2015质量管理体系认证，具有完善的质量管理体系，且研发实力雄厚，截至2013年年底，拥有软件著作权等，涵盖了精密定位、检测、传感、控制、软件等精密定位方面的关键技术。

聚焦纳米科技产业发展，芯明天以拥有自主知识产权的精密定位技术为基础，广泛汲取技术经验、开拓创新，不断突破行业技术壁垒，为国内外客户提供个性化解决方案，协助客户攻克技术难题，实现企业价值与客户价值的共同提升。

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