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(gè)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(lì)信號(hào)或輸出信號(hào)進(jìn)行精準(zhǔn)放大，是確保傳感器實(shí)現(xiàn)高精度、高可靠性測(cè)量的核心部件。下面將結(jié)合多個(gè)實(shí)驗(yàn)案例，從應(yīng)用場(chǎng)景、實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)、結(jié)果及選型要點(diǎn)等方面來(lái)為大家介紹。

圖：智能絕緣子電壓傳感器實(shí)驗(yàn)

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(jià)值主要體現(xiàn)在兩個(gè)層面：

作為激勵(lì)源，提供高場(chǎng)強(qiáng)驅(qū)動(dòng)

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(hào)才能有效工作。電壓放大器能將信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生的低壓信號(hào)（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(dòng)能量。例如，在微流控芯片中，ATA-2042電壓放大器可將信號(hào)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(hào)質(zhì)量

對(duì)于傳感器輸出的微弱信號(hào)（毫伏甚至微伏級(jí)），電壓放大器能對(duì)其進(jìn)行初步放大，顯著提升系統(tǒng)的信噪比，并保證信號(hào)在傳輸過(guò)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(cè)試實(shí)驗(yàn)

二、典型應(yīng)用場(chǎng)景與實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)詳解

以下通過(guò)幾個(gè)具體的實(shí)驗(yàn)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(cè)試與校驗(yàn)

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

實(shí)驗(yàn)名稱：智能絕緣子電壓傳感器實(shí)驗(yàn)

測(cè)試設(shè)備：

信號(hào)發(fā)生器：產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)測(cè)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(jī)：基于電場(chǎng)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(cè)和記錄傳感器輸入輸出電壓。

實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)與過(guò)程：

信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生特定頻率和波形的低壓信號(hào)，經(jīng)高壓功率放大器放大后，直接施加到傳感器樣機(jī)的高壓電極上。同時(shí)，利用示波器或采集卡精確測(cè)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(dòng)與性能研究

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

實(shí)驗(yàn)名稱：光學(xué)電流傳感器研制與性能研究

測(cè)試設(shè)備：信號(hào)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(cè)器等。

實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)與過(guò)程：

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

實(shí)驗(yàn)結(jié)果：通過(guò)線性度測(cè)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(cè)試

超聲傳感器在醫(yī)療、工業(yè)無(wú)損檢測(cè)中應(yīng)用普遍，其性能測(cè)試依賴高質(zhì)量的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。

實(shí)驗(yàn)名稱：傳感器聲學(xué)特性測(cè)試

測(cè)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(cè)振系統(tǒng)等。

實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)與過(guò)程：

函數(shù)發(fā)生器輸出的直流偏置和交流激勵(lì)信號(hào)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(dòng)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(hào)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(shí)驗(yàn)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(cè)試設(shè)備：信號(hào)發(fā)生器、ATA-2042電壓放大器、微流控芯片、驅(qū)動(dòng)泵、偏光顯微鏡、相機(jī)等。

實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)與過(guò)程：

信號(hào)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(chǎng)。通過(guò)偏光顯微鏡觀察不同電場(chǎng)強(qiáng)度和不同頻率下，液晶液滴構(gòu)象從中心對(duì)稱到軸對(duì)稱的轉(zhuǎn)變過(guò)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(gè)簡(jiǎn)單的信號(hào)放大單元，它是連接控制信號(hào)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(wú)論是在傳統(tǒng)的電力測(cè)量、工業(yè)無(wú)損檢測(cè)，還是在前沿的生物醫(yī)學(xué)微流控、智能材料驅(qū)動(dòng)與感知研究中，精心選擇和運(yùn)用高性能電壓放大器，都是確保傳感器“聽(tīng)得見(jiàn)、聽(tīng)得清”的關(guān)鍵所在。

審核編輯 黃宇