ATA-3000系列功率放大器在精密微流體控制中的典型應(yīng)用

壓電陶瓷精密微流體控制應(yīng)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(guó)防等方面具有廣泛的應(yīng)用，特別是在大流量伺服閥先導(dǎo)控制領(lǐng)域，具有重要作用。隨著壓電陶瓷制造工藝及精密驅(qū)動(dòng)技術(shù)等的發(fā)展，壓電陶瓷在精密微流量閥驅(qū)動(dòng)控制應(yīng)用領(lǐng)域得到了廣泛的研究，許多學(xué)者及研究人員先后研制出了壓電驅(qū)動(dòng)的伺服閥、開(kāi)關(guān)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(dòng)的大位移、大負(fù)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(duì)驅(qū)動(dòng)、定位等研究對(duì)象的影響，研究人員除進(jìn)行材料、制造工藝改進(jìn)外，也從壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)放大器方面開(kāi)展了大量的研究，并在壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)放大器的帶寬、動(dòng)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(dòng)放大器成本和價(jià)格高，且大部分在150V高壓輸出時(shí)存在較大的紋波特性，采用壓電堆陶瓷直接驅(qū)動(dòng)流量閥閥芯來(lái)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(dòng)。

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(hào)的功率放大器。最大輸出功率810Wp，可以驅(qū)動(dòng)功率型負(fù)載。電壓增益數(shù)控可調(diào)，一鍵保存常用設(shè)置，為您提供了方便簡(jiǎn)潔的操作選擇，可與主流的信號(hào)發(fā)生器配套使用，實(shí)現(xiàn)信號(hào)的放大。

ATA-3000系列功率放大器指標(biāo)參數(shù)：

圖：ATA-3000系列功率放大器指標(biāo)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(yīng)用

實(shí)驗(yàn)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(yīng)用

實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：設(shè)計(jì)一套精準(zhǔn)的磁場(chǎng)操控平臺(tái)，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(chǎng)下的成鏈的機(jī)理，給出成鏈模型，通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究了不同因素對(duì)成鏈的影響。探索了一種新的流場(chǎng)顯示方法，利用磁性納米鏈對(duì)微尺度下氣泡潰滅時(shí)的流場(chǎng)進(jìn)行顯示;還通過(guò)氣泡驅(qū)動(dòng)-磁場(chǎng)導(dǎo)航的方式，對(duì)非均勻型磁性顆粒進(jìn)行精準(zhǔn)操控，實(shí)現(xiàn)了微尺度下微納米磁性顆粒的定向?qū)Ш竭\(yùn)動(dòng)，并對(duì)微尺度下操控磁性顆粒在顆粒加載方面的應(yīng)用進(jìn)行了初步實(shí)驗(yàn)研究。

圖：磁場(chǎng)平臺(tái)控制系統(tǒng)

實(shí)驗(yàn)設(shè)備：高速相機(jī)-倒置顯微鏡系統(tǒng)、均勻型微米Fe3O4磁性顆粒，兩臺(tái)信號(hào)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(shí)驗(yàn)過(guò)程：設(shè)計(jì)了微納米顆粒的磁場(chǎng)驅(qū)動(dòng)控制平臺(tái)，通過(guò)電生磁的方式，由信號(hào)源輸出不同的電壓及頻率，經(jīng)功率放大器進(jìn)行信號(hào)放大，由亥姆霍茲線圈產(chǎn)生均勻磁場(chǎng)，高速CCD-倒置熒光顯微鏡系統(tǒng)觀察記錄磁性顆粒的運(yùn)動(dòng)行為。同時(shí)介紹了數(shù)據(jù)處理方法，包括磁性顆粒的運(yùn)動(dòng)軌跡及速度分析，及磁性顆粒形成磁鏈后的磁鏈數(shù)計(jì)算等。

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

實(shí)驗(yàn)結(jié)果：

（1）頻率對(duì)磁鏈的影響；

圖：同一時(shí)刻內(nèi)不同頻率成鏈情況

圖：不同頻率下數(shù)密度隨時(shí)間的變化

（2）電壓對(duì)于磁鏈的影響

圖：同一時(shí)間下顆粒在不同電壓下的成鏈情況

圖：各電壓下顆粒隨時(shí)間變化的成鏈情況

其他條件相同時(shí)，隨著頻率的增大，外部磁場(chǎng)方向的改變會(huì)變快，系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降，使得成鏈速度變慢，相對(duì)更不易成鏈;隨著電壓的增大，磁感應(yīng)密度會(huì)變大，顆粒與顆粒間作用力會(huì)變強(qiáng)，磁鏈更容易形成;另外，隨著顆粒濃度的增加，磁鏈的長(zhǎng)度也會(huì)邊長(zhǎng)，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(shè)備狀態(tài)及參數(shù)動(dòng)態(tài)顯示，交互界面一目了然，簡(jiǎn)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(xì)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