电压放大器在压电微泵优化与输出特性研究实验中的应用
【概述】
浙江大学研究团队使用ATA-2022H高压放大器，搭建压电微泵实验平台。
实验名称：高性能无阀压电微泵优化与输出特性研究实验
研究方向：微流体器件、压电微泵
实验设备：信号发生器、ATA-2022H高压放大器、高精度流量计、压力计、阻抗分析仪、红外热像仪等。
实验内容：围绕高性能无阀压电微泵的结构优化、热稳定性及输出特性开展实验研究。实验背景主要针对超声频段压电微泵在长期连续工作中容易出现热积累、频率漂移及性能衰减的问题，通过优化振膜结构（柔性梁参数、鼓包高度）以及振膜材料热膨胀匹配特性，提升微泵在高频驱动条件下的流量、背压及长期稳定性。研究重点包括：压电执行器振动特性分析、热特性评估、不同不锈钢振膜材料（SUS304/SUS430）对热稳定性的影响，以及不同激励波形与电压条件下的输出性能优化。
实验过程：
图：实验系统图
基于有限元仿真完成结构参数优化后，对压电微泵原型进行搭建与测试。整个实验系统由信号发生器、ATA-2022H高压放大器、压电微泵、激光测振仪、高精度流量/压力测试系统、阻抗分析仪及红外热像仪组成。实验中，信号发生器输出正弦波或方波驱动信号，经ATA-2022H功率放大器进行高压高频放大后施加至压电微泵，使PZT驱动振膜在共振频率附近工作。随后利用激光测振仪获取振膜位移响应，流量计与压力计测试微泵在不同频率、电压及背压条件下的流量和压力输出，并结合阻抗分析仪获取共振频率及品质因数变化；同时采用红外热像仪监测器件连续工作过程中的温升及热分布，评估长期运行稳定性和热漂移特性。
实验结果：
图：PE微泵在不同电压幅值和驱动信号下，随频率变化的输出性能（a）温度、（b）压力和（c）电功率。PE微泵在不同电压幅值和驱动信号下的性能：（d）-（f）正弦波激励；（g）-（i）方波激励。
实验结果表明，优化后的无阀压电微泵在40Vpp方波激励、22.8kHz共振条件下，实现最大流量312mL/min、最大背压50kPa及18μm振膜位移，整体性能较优化前显著提升。通过振膜鼓包结构及材料热膨胀系数匹配优化后，微泵热稳定性明显增强，工作温度范围扩展至80℃，温度频率系数（TCF）由?776.3ppm/℃降低至?92.34ppm/℃，连续运行24h流量波动小于1%。实验同时验证了ATA-2022H高压放大器在超声频段稳定驱动中的作用，可实现高频、高稳定激励，保障微泵输出性能及实验系统可靠运行。
威尼斯放大器在此应用中的产品优势：
一、高电压输出能力——提供方波激励，支撑微泵的流量输出
二、宽频带与高压摆率——精准匹配共振频率，保障高频超声频段稳定驱动
三、低失真与高输出稳定性——保障实验有效进行
【推荐产品】：ATA-2022B高压放大器
图：ATA-2022B高压放大器指标参数
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