超聲懸浮技術(shù)是一種利用超聲波產(chǎn)生的聲壓場使物體懸浮的技術(shù)，具有非接觸、無容器處理的優(yōu)勢。高壓功率放大器在超聲懸浮實驗中發(fā)揮著關(guān)鍵作用，為超聲波換能器提供高功率信號，驅(qū)動其產(chǎn)生所需的超聲波。

圖：高壓功率放大器在超聲駐波多層懸浮試驗及仿真研究中的應(yīng)用

一、超聲懸浮實驗原理

超聲懸浮的原理是依靠壓電換能器產(chǎn)生聲源振動，聲波在輻射面和反射面間多次反射疊加形成駐波。當(dāng)激勵信號滿足一定條件時，產(chǎn)生的聲壓梯度力克服物體重量，實現(xiàn)物體的豎直懸浮，水平方向的定位力則將物體固定在聲壓節(jié)點處。不同的激勵信號會導(dǎo)致聲壓節(jié)點位置和數(shù)量不同，從而可在不同位置懸浮物體。

二、高壓功率放大器在超聲懸浮實驗中的作用

（一）提供高功率信號

超聲懸浮實驗中，壓電陶瓷換能器需要高功率信號才能產(chǎn)生足夠強(qiáng)度的超聲波。高壓功率放大器可將信號發(fā)生器輸出的低電壓信號放大到高功率水平，驅(qū)動換能器工作。如西安安泰電子的ATA-4000系列高壓功率放大器，能輸出高功率信號，滿足不同實驗需求。

（二）精確控制實驗條件

高壓功率放大器可精確調(diào)節(jié)輸出信號的幅值、頻率和相位，實現(xiàn)對超聲波的精確控制。通過改變放大器的輸出，可調(diào)整聲波強(qiáng)度和頻率，適應(yīng)不同材料和實驗要求，優(yōu)化懸浮效果。

（三）實現(xiàn)多層懸浮與定向運(yùn)輸

通過精確控制聲場分布，高壓功率放大器可實現(xiàn)物體的多層懸浮和定向運(yùn)輸。調(diào)節(jié)聲場參數(shù)，可使多個物體在不同聲壓節(jié)點穩(wěn)定懸浮，并按設(shè)定路徑運(yùn)輸。

圖：ATA-4014C高壓功率放大器指標(biāo)參數(shù)

三、超聲懸浮實驗的類型

（一）單層懸浮實驗

這是最基本的超聲懸浮實驗，通過高壓功率放大器驅(qū)動換能器產(chǎn)生超聲波，形成駐波場，將物體懸浮在聲壓節(jié)點處。實驗裝置包括信號發(fā)生器、功率放大器、換能器、反射端等。調(diào)節(jié)信號頻率和幅值，使物體穩(wěn)定懸浮，用于研究懸浮原理和基本特性。

（二）多層懸浮實驗

在此實驗中，通過調(diào)節(jié)聲場參數(shù)，如信號發(fā)生器輸出頻率、諧振腔長度等，形成多個聲壓節(jié)點，使多個物體在不同層次懸浮。如使用高壓功率放大器，調(diào)節(jié)信號發(fā)生器輸出頻率為40kHz、幅值為20Vrms、占空比為50%的方波信號，調(diào)整諧振腔長度，實現(xiàn)了8個聚苯乙烯小球在空氣中的穩(wěn)定懸浮。

（三）深過冷材料制備實驗

利用超聲駐波聲場的深過冷特性，可在懸空中冷卻液體材料，制備出組織細(xì)化、均勻、高性能的材料。實驗中，高壓功率放大器驅(qū)動換能器產(chǎn)生超聲波，形成駐波場，將液體材料懸浮其中并冷卻。該方法可避免容器壁對材料結(jié)晶的干擾，提高材料性能，適用于金屬合金、陶瓷等材料的制備。

（四）生物樣本懸浮與分析實驗

在生物化學(xué)分析領(lǐng)域，超聲懸浮技術(shù)可用于生物樣本的懸浮與分析。實驗中，高壓功率放大器驅(qū)動換能器產(chǎn)生超聲波，將生物樣本懸浮在聲壓節(jié)點處，可避免容器壁對樣本的污染和干擾，提高檢測精度。該實驗適用于細(xì)胞、蛋白質(zhì)、核酸等生物樣本的分析。

圖：ATA-4000系列高壓功率放大器指標(biāo)參數(shù)

ATA-4000系列是一款理想的可放大交、直流信號的高壓功率放大器。最大輸出310Vp-p(±155Vp)電壓，547.1Wp功率，可以驅(qū)動高壓功率型負(fù)載。電壓增益，直流偏置數(shù)控精細(xì)可調(diào)，為客戶提供了豐富的測試選擇。

ATA-4000系列高壓功率放大器應(yīng)用場景：超聲電機(jī)驅(qū)動、軟磁測試、無損檢測、磁芯損耗測試、驅(qū)動壓電陶瓷、超聲換能器。

高壓功率放大器在超聲懸浮實驗中具有重要作用，能夠為實驗提供高功率信號、精確控制實驗條件，并實現(xiàn)多層懸浮與定向運(yùn)輸?shù)裙δ?。通過這些實驗，可深入研究超聲懸浮技術(shù)的原理和應(yīng)用，推動其在材料科學(xué)、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。

審核編輯 黃宇