超声波气体检测的组成与原理

高压功率放大器（又名：功率放大器、电压放大器等，厂家：芯明天）是内部具有电压与功率放大电路、可将微弱的外部模拟信号（如信号发生器发出的模拟信号）进行放大、输出的放大器。高压功率放大器的增益可高达180倍，并且它的输出电压值V、输出频率值f等皆可进行调节。

在介绍高压功率放大器如何在超声气体检测中应用前，我们先来了解下超声气体检测技术及其组成原理。

与传统的超声气体检测方法相比，新兴技术增加了一对超声传感器，这对传感器置于没有混合的背景气体中，传感器间距与另一对超声传感器完全相同。这样同步发射的超声波就分别经两条等距路径达到接收端，一条路径经过待测浓度的混合气体，另一条路径经过作为参照的纯净背景气体，如下图所示。在接收端测量两路接收信号的相位差和声音传播时间，相位差与时间信息经过运算处理后便可获得混合气体的浓度值。

图、采集腔示意图

超声波气体检测的组成与原理

超声检测分为两大部分：超声传感器部分、超声驱动电路部分（高压功率放大器）。

超声传感器部分主要由两个超声气体腔组成：一个是参考腔，一个是采样腔。

参考腔密闭，盛有空气。内部安装一对发射／接收超声压电传感器，这一对压电传感器间隔一定距离。采样腔与参考腔内部空间大小相同，但它表面开孔或者通过微型泵抽气与外界环境连通，时刻保持与周围环境一致，它内部同样也安装了一对超声压电传感器，两个压电传感器之间的距离严格相等。发射超声传感器将电能转换为声能，接收传感器再将声能转换为电信号。参考腔由于密闭，内部气体不会被外界污染。采样腔则从周围环境中对混合气体进行采样。由于传感器间传播介质的不同会引起超声波传播速度的不同，因此比较在两个腔中超声波传播时间的差异，就可以获取周围环境中气体成分变化的信息。

电路部分主要包括超声波功率发射电路、超声波接收电路、信号处理外围电路等等。

其中超声波功率发射电路是位于高压功率放大器中，由高压功率放大器来输出发射超声波所需的功率。

针对超声气体检测应用，芯明天提供多种高压功率放大器，电压由0至1800V不等，带宽可达兆赫兹，典型参数如下表所示。

电压

电流

带宽（－3dB）

200Vp－p

500mA

1MHz

300Vp－p

100mA

1MHz

400Vp－p

100mA

1MHz

500Vp－p

100mA

1MHz

芯明天高压功率放大器的特点是超低纹波、高稳定性、高带宽、高分辨率，在超声波气体检测中可以为产生超声振动的压电陶瓷换能器提供稳定、高频、高压、高精准的驱动电信号，实现压电陶瓷稳定的发射超声波振动。

芯明天公司已专业研发、生产、销售高压功率放大器近20年，所生产的高压功率放大器的型号达上百种，可选的参数范围也非常宽泛，灵活定制。

以下为芯明天高压功率放大器的举例。

?E00／E01高压功率放大器

芯明天E00／E01机箱式高压功率放大器可输出高达1800V的高压，可选标准带宽达150kHz，定制款可达1MHz，增益达180倍。

?400W高压功率放大器

芯明天E81机箱式高压功率放大器的输出功率高达400W，输出电压可达150V，输出带宽可达10kHz。

?百通道高压功率放大器

芯明天百通道高压功率放大器，通道数可达256个输出通道，甚至更多。可通过网口进行控制放大器的输出电压值，带宽可达1kHz。

?800V高压功率放大器

芯明天E80高压功率放大器具有4个输出通道，可将0～10V电压进行80倍放大输出（即800V输出），带宽可达1kHz，可通过模拟或数字信号控制。

?工业型高压功率放大器

芯明天E53系列小体积型高压功率放大器具有1个输出通道，可将0～10V的模拟输入信号放大至0～120V或150V并输出，带宽达10kHz，可选择外部模拟信号控制或上位机软件控制。

哈尔滨芯明天科技有限公司是专注于压电纳米运动与控制系统的研发、加工、生产和销售的高新技术企业，提供基于压电陶瓷微位移技术的微米级行程、纳米级定位精度的直线运动产品，毫弧度级偏转角度、纳弧度级偏转精度的角度运动产品与配套压电控制器、高压功率放大器产品以及相关解决方案，是中国压电纳米定位行业开发、创新、开拓的先锋。

聚焦纳米科技产业发展，芯明天以拥有自主知识产权的精密定位技术为基础，广泛汲取国际先进技术经验、开拓创新，不断突破行业技术壁垒，为国内外客户提供个性化解决方案，协助客户攻克技术难题，实现企业价值与客户价值的共同提升。