ATA-3000系列功率放大器在精密微流体控制中的典型应用

ATA-3000系列功率放大器在精密微流体控制中的典型应用

　　压电陶瓷精密微流体控制应用：

　　精密微流体控制在医药配比、遗传基因与生物工程、航空航天、军工国防等方面具有广泛的应用，特别是在大流量伺服阀先导控制领域，具有重要作用。随着压电陶瓷制造工艺及精密驱动技术等的发展，压电陶瓷在精密微流量阀驱动控制应用领域得到了广泛的研究，许多学者及研究人员先后研制出了压电驱动的伺服阀、开关阀，且在微流量阀的控制方法的研究方面也取得了大量成果。

　　由于压电陶瓷本身材料特性及制造等因素的影响，使压电陶瓷的迟滞、蠕变等非线性特性较为明显，特别是采用压电堆陶瓷驱动的大位移、大负载精密系统中，非线性特性表现尤为突出。为消除压电陶瓷非线性特性对驱动、定位等研究对象的影响，研究人员除进行材料、制造工艺改进外，也从压电陶瓷驱动放大器方面开展了大量的研究，并在压电陶瓷驱动放大器的带宽、动态性等方面取得了较好成果。

　　目前产品化的压电陶瓷驱动放大器成本和价格高，且大部分在150V高压输出时存在较大的纹波特性，采用压电堆陶瓷直接驱动流量阀阀芯来获得较大的阀芯位移输出。为获得良好的流量特性，减小输出流量波动。

　　ATA-3000系列功率放大器介绍：

　　ATA-3000系列功率放大器是一款理想的可放大交、直流信号的功率放大器。最大输出功率810Wp，可以驱动功率型负载。电压增益数控可调，一键保存常用设置，为您提供了方便简洁的操作选择，可与主流的信号发生器配套使用，实现信号的放大。

　　ATA-3000系列功率放大器指标参数：

图：ATA-3000系列功率放大器指标参数

　　·最大输出电压180Vp-p（±90Vp）

　　·带宽（-3dB）DC~100kHz

　　·最大输出电流18Ap

　　·最大输出功率810Wp

　　案例：功率放大器在磁性微纳米颗粒微流体操控研究中的应用

　　实验名称：功率放大器在磁性微纳米颗粒微流体操控研究中的应用

实验内容：设计一套精准的磁场操控平台，并制备两种不同类型磁性颗粒；研究了均匀型磁性颗粒在磁场下的成链的机理，给出成链模型，通过实验研究了不同因素对成链的影响。探索了一种新的流场显示方法，利用磁性纳米链对微尺度下气泡溃灭时的流场进行显示;还通过气泡驱动-磁场导航的方式，对非均匀型磁性颗粒进行精准操控，实现了微尺度下微纳米磁性颗粒的定向导航运动，并对微尺度下操控磁性颗粒在颗粒加载方面的应用进行了初步实验研究。

图：磁场平台控制系统

　　实验设备：高速相机-倒置显微镜系统、均匀型微米Fe3O4磁性颗粒，两台信号发生器及其自带的软件、三维亥姆霍兹线圈、ATA-3090功率放大器等。

　　实验过程：设计了微纳米颗粒的磁场驱动控制平台，通过电生磁的方式，由信号源输出不同的电压及频率，经功率放大器进行信号放大，由亥姆霍兹线圈产生均匀磁场，高速CCD-倒置荧光显微镜系统观察记录磁性颗粒的运动行为。同时介绍了数据处理方法，包括磁性颗粒的运动轨迹及速度分析，及磁性颗粒形成磁链后的磁链数计算等。

　　选用的功率放大器作用是将电信号放大，传递到线圈产生磁场，主要有以下特点:(1）可以将信号最大放大至30倍，支持单通道输出;(2）可以方便控制信号的输入或切断，并保存上次设置的参数，输入参数方便;(3）具有散热及自我保护系统，保证实验安全。

　　实验结果：

（1）频率对磁链的影响；

图：同一时刻内不同频率成链情况

图：不同频率下数密度随时间的变化

（2）电压对于磁链的影响

图：同一时间下颗粒在不同电压下的成链情况

图：各电压下颗粒随时间变化的成链情况

　　其他条件相同时，随着频率的增大，外部磁场方向的改变会变快，系统的稳定性下降，使得成链速度变慢，相对更不易成链;随着电压的增大，磁感应密度会变大，颗粒与颗粒间作用力会变强，磁链更容易形成;另外，随着颗粒浓度的增加，磁链的长度也会边长，由于颗粒间距离的变小，磁性颗粒更容易吸引到一起。

　　ATA-3000系列功率放大器操作面板液晶显示，设备状态及参数动态显示，交互界面一目了然，简洁易懂。电压增益数控0~30倍可调，具体分为粗调（1step）和细调（0.1step）两种。结合液晶面板增益的显示，能够快速调整至需要的电压值。

　　审核编辑：汤梓红