電壓放大器在傳感器系統(tǒng)中扮演著至關(guān)重要的角色，它如同整個系統(tǒng)的“能量引擎”與“精度守衛(wèi)”，負(fù)責(zé)將微弱的傳感器激勵信號或輸出信號進(jìn)行精準(zhǔn)放大，是確保傳感器實現(xiàn)高精度、高可靠性測量的核心部件。下面將結(jié)合多個實驗案例，從應(yīng)用場景、實驗系統(tǒng)、結(jié)果及選型要點等方面來為大家介紹。

圖：智能絕緣子電壓傳感器實驗

一、電壓放大器在傳感器中的核心作用

電壓放大器在傳感器應(yīng)用中的價值主要體現(xiàn)在兩個層面：

作為激勵源，提供高場強驅(qū)動

許多傳感器，如壓電陶瓷、電容式超聲傳感器等，需要高電壓信號才能有效工作。電壓放大器能將信號發(fā)生器產(chǎn)生的低壓信號（通常幾伏）放大至數(shù)十甚至上千伏，為傳感器提供足夠的驅(qū)動能量。例如，在微流控芯片中，ATA-2042電壓放大器可將信號放大50倍，用于精確調(diào)控液晶液滴的構(gòu)象。

作為前置放大器，提升信號質(zhì)量

對于傳感器輸出的微弱信號（毫伏甚至微伏級），電壓放大器能對其進(jìn)行初步放大，顯著提升系統(tǒng)的信噪比，并保證信號在傳輸過程中不失真，為后續(xù)的精確分析奠定基礎(chǔ)。

圖：聲學(xué)特性測試實驗

二、典型應(yīng)用場景與實驗系統(tǒng)詳解

以下通過幾個具體的實驗案例，展示電壓放大器在不同類型傳感器中的應(yīng)用。

1.電力傳感器測試與校驗

電力系統(tǒng)對電壓、電流傳感器的精度、線性度和頻率響應(yīng)要求極高。

實驗名稱：智能絕緣子電壓傳感器實驗

測試設(shè)備：

信號發(fā)生器：產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)測試波形。

高壓功率放大器：例如ATA-4000系列（輸出310Vp-p）或ATA-7050等。

傳感器樣機：基于電場耦合原理的智能絕緣子電壓傳感器或電壓電流一體化傳感器。

示波器/數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)：監(jiān)測和記錄傳感器輸入輸出電壓。

實驗系統(tǒng)與過程：

信號發(fā)生器產(chǎn)生特定頻率和波形的低壓信號，經(jīng)高壓功率放大器放大后，直接施加到傳感器樣機的高壓電極上。同時，利用示波器或采集卡精確測量傳感器的輸出電壓響應(yīng)，從而分析其線性度、靈敏度及頻率特性。

2.光學(xué)傳感器驅(qū)動與性能研究

光學(xué)傳感器因其抗電磁干擾等優(yōu)點，在特殊場合應(yīng)用廣泛。

實驗名稱：光學(xué)電流傳感器研制與性能研究

測試設(shè)備：信號發(fā)生器、功率放大器、光學(xué)電流傳感系統(tǒng)、標(biāo)準(zhǔn)電流探頭、示波器、寬帶光源、光電探測器等。

實驗系統(tǒng)與過程：

以螺線管式光學(xué)電流傳感器為例，信號發(fā)生器與功率放大器組合，電流流過螺線管產(chǎn)生磁場，引起光學(xué)探頭中的法拉第效應(yīng)，最終經(jīng)探測器轉(zhuǎn)換為電壓信號輸出。

實驗結(jié)果：通過線性度測試，獲得了傳感器在不同輸入電流下的輸出電壓，并成功進(jìn)行線性擬合。

3.超聲傳感器的聲學(xué)特性測試

超聲傳感器在醫(yī)療、工業(yè)無損檢測中應(yīng)用普遍，其性能測試依賴高質(zhì)量的驅(qū)動信號。

實驗名稱：傳感器聲學(xué)特性測試

測試設(shè)備：函數(shù)發(fā)生器、ATA-2042電壓放大器、電容式超聲波傳感器、示波器、激光多普勒測振系統(tǒng)等。

實驗系統(tǒng)與過程：

函數(shù)發(fā)生器輸出的直流偏置和交流激勵信號經(jīng)電壓放大器放大后，施加到電容式超聲傳感器上，驅(qū)動其發(fā)射超聲波。商用超聲傳感器作為接收器，將接收到的信號放大后送至示波器進(jìn)行分析。

圖：液滴微流控芯片的功能研究

4.微流控芯片中的液滴精準(zhǔn)操控

在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，電壓放大器用于微流控芯片中液滴的生成和精確控制。

實驗名稱：電壓放大器在液滴微流控芯片的功能研究中的應(yīng)用

測試設(shè)備：信號發(fā)生器、ATA-2042電壓放大器、微流控芯片、驅(qū)動泵、偏光顯微鏡、相機等。

實驗系統(tǒng)與過程：

信號發(fā)生器產(chǎn)生正弦波，經(jīng)ATA-2042高壓放大器放大后，施加到芯片的ITO電極上，在通道內(nèi)形成電場。通過偏光顯微鏡觀察不同電場強度和不同頻率下，液晶液滴構(gòu)象從中心對稱到軸對稱的轉(zhuǎn)變過程。

圖：ATA-2000系列高壓放大器指標(biāo)參數(shù)

電壓放大器在傳感器技術(shù)領(lǐng)域中遠(yuǎn)不止一個簡單的信號放大單元，它是連接控制信號與物理世界的橋梁，是決定許多傳感器系統(tǒng)性能上限和精度下限的核心引擎。無論是在傳統(tǒng)的電力測量、工業(yè)無損檢測，還是在前沿的生物醫(yī)學(xué)微流控、智能材料驅(qū)動與感知研究中，精心選擇和運用高性能電壓放大器，都是確保傳感器“聽得見、聽得清”的關(guān)鍵所在。

審核編輯 黃宇