高压放大器在静电悬浮技术的应用

静电悬浮技术是利用静电场中带电物体受到的库仑力平衡重力以实现材料悬浮的一种无容器处理技术。因为电场不存在三维势阱叮，所以要维持静电场中材料的稳定悬浮，必须结合负反馈控制系统对悬浮样品的位置进行实时探测并依此调节静电场的电压来实现。由于不论是导体还是绝缘体都可携带电荷，因此静电悬浮的研究对象十分广泛。并目，其具有悬浮稳定性高，悬浮与材料处理过程相独立，无外场扰动，以及视野开阔等特点。经过三十多年的发展，静电悬浮技术逐渐应用于材料的热物理性质、深过冷快速凝固机理和液态金属结构等多个领域的研究。

悬浮控制子系统一般包括垂直悬浮电极组、水平稳定电极组、定位HeNe激光、位置敏感探测器、控制电脑和高压放大器。不同于声悬浮和电磁悬浮，静电场内不存在三维最小作用势且样品表面所带电荷在实验过程中会变化，因此样品无法稳定悬浮在纯静电场中。因此静电悬浮通过引入负反馈调节，根据样品位置实时调节加载在垂直电极组之间的电压来保证样品稳定悬浮在电极之间。

样品的三维空间位置利用两个二维位置敏感探测器(Position Sensitive Detective，PSD)探测，平行HeNe激光通过悬浮样品后投射在PSD光敏面上的圆形光斑内出现一个阴影，阴影的位置由PSD转换成电压信号，代表样品在实际空间的悬浮位置。位置电压信号传入控制电脑后，通过PID算法计算出样品运动到预定悬浮位置的电压，并将其由高压放大器放大后加载于上电极。另外，垂直电极的形状对实验中样品的悬浮稳定性也有很大影响，为了增加水平方向的束缚力，一般选取凸上电极和凹下电极作为垂直电极组。

静电悬浮装置示意图

优化设计静电悬浮实验系统，可实现材料热物理性质的测定以及凝固规律的探索;改进位置探测模块，提升悬浮能力;在控制算法中增加滤波模块，提高熔融状态下样品悬浮的稳定性;增加触发形核和液淬的功能，实现凝固过程的控制;把激光加热与红外测温相耦合，精确控制悬浮样品的温度。Aigtek高压放大器被广泛的应用在静电悬浮实验中，最大输出电压10kv,最大功率10KW，频率DC~25MHz，电压增益数控可调，数字Monitor输出电压，电流实时显示。

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审核编辑：汤梓红