高壓放大器賦能傳感器測(cè)試:高場(chǎng)激勵(lì)與信號(hào)保真的協(xié)同方案

　　一、前言

　　傳感器在智能電網(wǎng)、工業(yè)自動(dòng)化、醫(yī)療影像等領(lǐng)域扮演著“神經(jīng)末梢"的角色。隨著被測(cè)場(chǎng)強(qiáng)向高電壓、高功率、高頻段演進(jìn)，傳統(tǒng)信號(hào)源已難以同時(shí)滿足“高場(chǎng)激勵(lì)"與“信號(hào)保真"兩大需求。高壓放大器憑借高電壓擺幅、寬帶寬、低失真等優(yōu)勢(shì)，正在成為傳感器實(shí)驗(yàn)室與現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試的核心賦能設(shè)備。

圖：ATA-7050高壓放大器在電場(chǎng)傳感器測(cè)試中的應(yīng)用

　　二、高場(chǎng)激勵(lì)：從“量"到“質(zhì)"的跨越

　　高場(chǎng)需求場(chǎng)景

　　•絕緣材料局放試驗(yàn)：需要輸出數(shù)十千伏、快速上升沿的脈沖。

　　•壓電超聲傳感器：要求數(shù)百伏、兆赫級(jí)連續(xù)波，激發(fā)大功率超聲波。

　　•MEMS電場(chǎng)傳感器：需千伏級(jí)直流偏置疊加交流掃頻，以評(píng)估漂移與靈敏度。

　　高壓放大器的關(guān)鍵指標(biāo)

　　•高電壓擺幅：現(xiàn)有商用模塊可達(dá)40kVpp，滿足絕緣、壓電、MEMS等多類傳感器。

　　•高電流驅(qū)動(dòng)：40mA持續(xù)輸出，可驅(qū)動(dòng)容性負(fù)載而不塌陷。

　　•寬帶寬：確保脈沖前沿不失真；更高頻段型號(hào)支持UHF局放檢測(cè)。

圖：ATA-7020高壓放大器在傳感器基本傳感特性研究中的應(yīng)用

　　三、信號(hào)保真：弱信號(hào)檢測(cè)的“倍增器"

　　微弱信號(hào)挑戰(zhàn)

　　在局部放電（PD）測(cè)試、壓電阻抗測(cè)量等場(chǎng)景，傳感器回采信號(hào)低至µV乃至nV級(jí)，極易被工頻、開(kāi)關(guān)噪聲淹沒(méi)。高壓放大器不僅作為激勵(lì)源，更可作為前端增益單元，實(shí)現(xiàn)“激勵(lì)-檢測(cè)"一體化。

　　保真技術(shù)路徑

　　•超低噪聲前端：輸入噪聲密度<2nV/√Hz，確保PD脈沖不失真。

　　•線性度優(yōu)化：THD<0.01%，避免諧波遮蔽真實(shí)放電譜。

　　•四線制開(kāi)爾文傳感：放大器內(nèi)置Sense端，實(shí)時(shí)補(bǔ)償電纜壓降，使傳感器端電壓與設(shè)定值一致。

　　•可編程阻尼匹配：針對(duì)容性、感性負(fù)載自動(dòng)調(diào)整輸出阻抗，消除振鈴。

圖：ATA-7020高壓放大器指標(biāo)參數(shù)

　　四、典型應(yīng)用流程

　　（1）阻抗掃描：利用HVA內(nèi)置LCR表功能，對(duì)傳感器做全頻段阻抗測(cè)繪，為后續(xù)激勵(lì)參數(shù)設(shè)定提供依據(jù)。

　　（2）高場(chǎng)激勵(lì)：在-40℃~+85℃溫度箱內(nèi)，以1kV/s步進(jìn)升至目標(biāo)場(chǎng)強(qiáng)，記錄頻響曲線。

　　（3）局放檢測(cè)：切換至脈沖模式，輸出上升沿50ns、幅值10kV的脈沖，同時(shí)以1GS/s采樣率捕捉回波，實(shí)現(xiàn)pC級(jí)靈敏度。

　　（4）壽命評(píng)估：連續(xù)72小時(shí)施加1kHz、5kV正弦波，監(jiān)測(cè)傳感器輸出漂移<0.1%。

圖：ATA-7000系列高壓放大器指標(biāo)參數(shù)

　　高壓放大器已從單純的“電壓放大"進(jìn)化為“高場(chǎng)激勵(lì)-信號(hào)保真"協(xié)同中樞。未來(lái)，隨著SiC/GaN功率器件、數(shù)字預(yù)失真算法和AI故障診斷的引入，其將在更寬頻帶、更高電壓、更復(fù)雜波形條件下，繼續(xù)為傳感器測(cè)試提供精準(zhǔn)、可靠的“源動(dòng)力"，推動(dòng)電力裝備、工業(yè)測(cè)控和前沿科研邁向更高維度。