ATA-3000系列功率放大器在精密微流體控制中的典型應用

壓電陶瓷精密微流體控制應用：

精密微流體控制在醫(yī)藥配比、遺傳基因與生物工程、航空航天、軍工國防等方面具有廣泛的應用，特別是在大流量伺服閥先導控制領域，具有重要作用。隨著壓電陶瓷制造工藝及精密驅(qū)動技術(shù)等的發(fā)展，壓電陶瓷在精密微流量閥驅(qū)動控制應用領域得到了廣泛的研究，許多學者及研究人員先后研制出了壓電驅(qū)動的伺服閥、開關閥，且在微流量閥的控制方法的研究方面也取得了大量成果。

由于壓電陶瓷本身材料特性及制造等因素的影響，使壓電陶瓷的遲滯、蠕變等非線性特性較為明顯，特別是采用壓電堆陶瓷驅(qū)動的大位移、大負載精密系統(tǒng)中，非線性特性表現(xiàn)尤為突出。為消除壓電陶瓷非線性特性對驅(qū)動、定位等研究對象的影響，研究人員除進行材料、制造工藝改進外，也從壓電陶瓷驅(qū)動放大器方面開展了大量的研究，并在壓電陶瓷驅(qū)動放大器的帶寬、動態(tài)性等方面取得了較好成果。

目前產(chǎn)品化的壓電陶瓷驅(qū)動放大器成本和價格高，且大部分在150V高壓輸出時存在較大的紋波特性，采用壓電堆陶瓷直接驅(qū)動流量閥閥芯來獲得較大的閥芯位移輸出。為獲得良好的流量特性，減小輸出流量波動。

ATA-3000系列功率放大器介紹：

ATA-3000系列功率放大器是一款理想的可放大交、直流信號的功率放大器。最大輸出功率810Wp，可以驅(qū)動功率型負載。電壓增益數(shù)控可調(diào)，一鍵保存常用設置，為您提供了方便簡潔的操作選擇，可與主流的信號發(fā)生器配套使用，實現(xiàn)信號的放大。

ATA-3000系列功率放大器指標參數(shù)：

圖：ATA-3000系列功率放大器指標參數(shù)

·最大輸出電壓180Vp-p（±90Vp）

·帶寬（-3dB）DC~100kHz

·最大輸出電流18Ap

·最大輸出功率810Wp

案例：功率放大器在磁性微納米顆粒微流體操控研究中的應用

實驗名稱：功率放大器在磁性微納米顆粒微流體操控研究中的應用

實驗內(nèi)容：設計一套精準的磁場操控平臺，并制備兩種不同類型磁性顆粒；研究了均勻型磁性顆粒在磁場下的成鏈的機理，給出成鏈模型，通過實驗研究了不同因素對成鏈的影響。探索了一種新的流場顯示方法，利用磁性納米鏈對微尺度下氣泡潰滅時的流場進行顯示;還通過氣泡驅(qū)動-磁場導航的方式，對非均勻型磁性顆粒進行精準操控，實現(xiàn)了微尺度下微納米磁性顆粒的定向?qū)Ш竭\動，并對微尺度下操控磁性顆粒在顆粒加載方面的應用進行了初步實驗研究。

圖：磁場平臺控制系統(tǒng)

實驗設備：高速相機-倒置顯微鏡系統(tǒng)、均勻型微米Fe3O4磁性顆粒，兩臺信號發(fā)生器及其自帶的軟件、三維亥姆霍茲線圈、ATA-3090功率放大器等。

實驗過程：設計了微納米顆粒的磁場驅(qū)動控制平臺，通過電生磁的方式，由信號源輸出不同的電壓及頻率，經(jīng)功率放大器進行信號放大，由亥姆霍茲線圈產(chǎn)生均勻磁場，高速CCD-倒置熒光顯微鏡系統(tǒng)觀察記錄磁性顆粒的運動行為。同時介紹了數(shù)據(jù)處理方法，包括磁性顆粒的運動軌跡及速度分析，及磁性顆粒形成磁鏈后的磁鏈數(shù)計算等。

選用的功率放大器作用是將電信號放大，傳遞到線圈產(chǎn)生磁場，主要有以下特點:(1）可以將信號最大放大至30倍，支持單通道輸出;(2）可以方便控制信號的輸入或切斷，并保存上次設置的參數(shù)，輸入?yún)?shù)方便;(3）具有散熱及自我保護系統(tǒng)，保證實驗安全。

實驗結(jié)果：

（1）頻率對磁鏈的影響；

圖：同一時刻內(nèi)不同頻率成鏈情況

圖：不同頻率下數(shù)密度隨時間的變化

（2）電壓對于磁鏈的影響

圖：同一時間下顆粒在不同電壓下的成鏈情況

圖：各電壓下顆粒隨時間變化的成鏈情況

其他條件相同時，隨著頻率的增大，外部磁場方向的改變會變快，系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降，使得成鏈速度變慢，相對更不易成鏈;隨著電壓的增大，磁感應密度會變大，顆粒與顆粒間作用力會變強，磁鏈更容易形成;另外，隨著顆粒濃度的增加，磁鏈的長度也會邊長，由于顆粒間距離的變小，磁性顆粒更容易吸引到一起。

ATA-3000系列功率放大器操作面板液晶顯示，設備狀態(tài)及參數(shù)動態(tài)顯示，交互界面一目了然，簡潔易懂。電壓增益數(shù)控0~30倍可調(diào)，具體分為粗調(diào)（1step）和細調(diào)（0.1step）兩種。結(jié)合液晶面板增益的顯示，能夠快速調(diào)整至需要的電壓值。

審核編輯：湯梓紅