一、引言

壓電換能器是一種能夠?qū)㈦娔苻D(zhuǎn)化為機(jī)械能或聲能的器件，廣泛應(yīng)用于超聲加工、傳感器、驅(qū)動(dòng)器等領(lǐng)域。電壓放大器作為驅(qū)動(dòng)壓電換能器的關(guān)鍵設(shè)備，能夠提供高電壓和高功率的信號(hào)，確保壓電換能器的高效運(yùn)行。本文將探討電壓放大器在驅(qū)動(dòng)壓電換能器方面的實(shí)驗(yàn)研究應(yīng)用。

圖：電壓放大器在基于換能器的柔性電極實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用

二、電壓放大器在壓電換能器實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用

（一）超聲加工實(shí)驗(yàn)

在超聲加工領(lǐng)域，壓電換能器用于產(chǎn)生高頻機(jī)械振動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)材料的去除和加工。電壓放大器能夠?qū)⒌碗妷盒盘?hào)放大到高電壓水平，驅(qū)動(dòng)壓電換能器產(chǎn)生所需的高頻振動(dòng)。例如，在柔性電極加工實(shí)驗(yàn)中，使用ATA-2021高壓放大器將高頻正弦信號(hào)（40kHz附近）放大到50V左右，有效驅(qū)動(dòng)壓電換能器產(chǎn)生高頻振動(dòng)，實(shí)現(xiàn)超聲加工。

（二）超聲霧化實(shí)驗(yàn)

超聲霧化技術(shù)利用壓電換能器產(chǎn)生的高頻振動(dòng)將液體霧化成微小顆粒，廣泛應(yīng)用于醫(yī)療、工業(yè)等領(lǐng)域。電壓放大器在超聲霧化實(shí)驗(yàn)中用于放大驅(qū)動(dòng)信號(hào)，控制霧化效果。通過(guò)調(diào)節(jié)放大器的輸出電壓和頻率，可以?xún)?yōu)化霧化液滴的粒徑大小和分布，提高霧化效率。

（三）超聲電機(jī)性能測(cè)試

超聲電機(jī)是一種利用超聲波振動(dòng)實(shí)現(xiàn)機(jī)械運(yùn)動(dòng)的電機(jī)，具有高精度、低噪音等優(yōu)點(diǎn)。在超聲電機(jī)性能測(cè)試中，電壓放大器用于驅(qū)動(dòng)壓電換能器，產(chǎn)生特定頻率和幅值的超聲波。通過(guò)精確控制放大器的輸出信號(hào)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)超聲電機(jī)的精確控制和性能優(yōu)化。

圖：功率放大器在新型全向高階SH導(dǎo)波壓電換能器測(cè)試中的應(yīng)用

（四）柔性壓電超聲換能器研究

柔性壓電超聲換能器因其良好的柔韌性和適應(yīng)性，在水下通信、醫(yī)療檢測(cè)等領(lǐng)域具有重要應(yīng)用。電壓放大器在柔性壓電超聲換能器的研究中，用于驅(qū)動(dòng)換能器產(chǎn)生高頻聲波。例如，在水下放射實(shí)驗(yàn)中，通過(guò)步進(jìn)電機(jī)控制測(cè)試夾持平臺(tái)的位移，結(jié)合電壓放大器驅(qū)動(dòng)的柔性壓電超聲換能器，研究其在不同條件下的性能。

圖：ATA-2168高壓放大器指標(biāo)參數(shù)

（五）壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)實(shí)驗(yàn)

壓電陶瓷作為一種重要的壓電材料，廣泛應(yīng)用于傳感器、驅(qū)動(dòng)器等領(lǐng)域。電壓放大器能夠提供高電壓信號(hào)，驅(qū)動(dòng)壓電陶瓷產(chǎn)生機(jī)械變形。在介電彈性體驅(qū)動(dòng)實(shí)驗(yàn)中，使用高壓功率放大器將信號(hào)源產(chǎn)生的正弦波電壓放大到0-1500V，驅(qū)動(dòng)電活性聚合物兩側(cè)的導(dǎo)電炭膏電極，實(shí)現(xiàn)定向形變。

（六）鐵電材料極化測(cè)試

鐵電材料的極化特性對(duì)其應(yīng)用至關(guān)重要。電壓放大器在鐵電材料極化測(cè)試中用于放大模擬激勵(lì)信號(hào)，施加到測(cè)試樣品上，形成足夠強(qiáng)的電場(chǎng)。通過(guò)精確調(diào)節(jié)放大器的輸出電壓，可以測(cè)量鐵電材料的電滯回線，提取矯頑場(chǎng)強(qiáng)、剩余極化強(qiáng)度等關(guān)鍵參數(shù)。

圖：ATA-2000系列高壓放大器指標(biāo)參數(shù)

電壓放大器在驅(qū)動(dòng)壓電換能器方面具有廣泛的應(yīng)用，能夠?yàn)閴弘姄Q能器提供高電壓和高功率的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，確保其高效運(yùn)行。在超聲加工、超聲霧化、超聲電機(jī)性能測(cè)試、柔性壓電超聲換能器研究以及壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)實(shí)驗(yàn)等領(lǐng)域，電壓放大器為相關(guān)實(shí)驗(yàn)提供了有力支持，推動(dòng)了壓電技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，電壓放大器將為壓電換能器的進(jìn)一步研究和應(yīng)用提供更強(qiáng)大的動(dòng)力。

審核編輯 黃宇