高压放大器赋能传感器测试:高场激励与信号保真的协同方案

一、前言

传感器在智能电网、工业自动化、医疗影像等领域扮演着“神经末梢”的角色。随着被测场强向高电压、高功率、高频段演进，传统信号源已难以同时满足“高场激励”与“信号保真”两大需求。高压放大器凭借高电压摆幅、宽带宽、低失真等优势，正在成为传感器实验室与现场测试的核心赋能设备。

图：ATA-7050高压放大器在电场传感器测试中的应用

二、高场激励：从“量”到“质”的跨越

高场需求场景

•绝缘材料局放试验：需要输出数十千伏、快速上升沿的脉冲，模拟极端应力。

•压电超声传感器：要求数百伏、兆赫级连续波，激发大功率超声波。

•MEMS电场传感器：需千伏级直流偏置叠加交流扫频，以评估漂移与灵敏度。

高压放大器的关键指标

•高电压摆幅：现有商用模块可达40kVpp，满足绝缘、压电、MEMS等多类传感器。

•高电流驱动：40mA持续输出，可驱动容性负载而不塌陷。

•宽带宽：确保脉冲前沿不失真；更高频段型号支持UHF局放检测。

图：ATA-7020高压放大器在传感器基本传感特性研究中的应用

三、信号保真：弱信号检测的“倍增器”

微弱信号挑战

在局部放电（PD）测试、压电阻抗测量等场景，传感器回采信号低至µV乃至nV级，极易被工频、开关噪声淹没。高压放大器不仅作为激励源，更可作为前端增益单元，实现“激励-检测”一体化。

保真技术路径

•超低噪声前端：输入噪声密度<2nV/√Hz，确保PD脉冲不失真。

•线性度优化：THD<0.01%，避免谐波遮蔽真实放电谱。

•四线制开尔文传感：放大器内置Sense端，实时补偿电缆压降，使传感器端电压与设定值一致。

•可编程阻尼匹配：针对容性、感性负载自动调整输出阻抗，消除振铃。

图：ATA-7020高压放大器指标参数

四、典型应用流程

（1）阻抗扫描：利用HVA内置LCR表功能，对传感器做全频段阻抗测绘，为后续激励参数设定提供依据。

（2）高场激励：在-40℃~+85℃温度箱内，以1kV/s步进升至目标场强，记录频响曲线。

（3）局放检测：切换至脉冲模式，输出上升沿50ns、幅值10kV的脉冲，同时以1GS/s采样率捕捉回波，实现pC级灵敏度。

（4）寿命评估：连续72小时施加1kHz、5kV正弦波，监测传感器输出漂移<0.1%。

图：ATA-7000系列高压放大器指标参数

高压放大器已从单纯的“电压放大”进化为“高场激励-信号保真”协同中枢。未来，随着SiC/GaN功率器件、数字预失真算法和AI故障诊断的引入，其将在更宽频带、更高电压、更复杂波形条件下，继续为传感器测试提供精准、可靠的“源动力”，推动电力装备、工业测控和前沿科研迈向更高维度。

审核编辑 黄宇