高壓放大器在DE材料的動力學(xué)分析中的應(yīng)用
實驗名稱：DE材料的動力學(xué)分析
測試目的：DE材料驅(qū)動實驗過程中，除了靜態(tài)變形，也會應(yīng)用于需要承受循環(huán)載荷的場合。例如仿生魚尾擺動和爬行機器人爬行前進(jìn)。因而需要對材料在交變電壓下的動態(tài)性能進(jìn)行研究。在結(jié)構(gòu)動態(tài)特性研究中，固有頻率是其關(guān)鍵特性。基于虛功原理對薄膜驅(qū)動器面內(nèi)振動進(jìn)行分析。
測試設(shè)備：高壓放大器、函數(shù)發(fā)生器、激光傳感器、數(shù)據(jù)采集卡等。
實驗過程：
實驗方案應(yīng)用雙軸拉伸平臺，采用預(yù)拉伸倍數(shù)為300%*300%的矩形DE致動器做為實驗對象，對正弦電壓下的變形性能進(jìn)行測試。首先利用函數(shù)發(fā)生器設(shè)置低壓控制信號的波形、頻率等參數(shù)，并通過高壓放大器放大電壓信號，并施加在矩形致動器兩側(cè)。涂有電極的區(qū)域在交流電壓下發(fā)生往復(fù)運動帶動輔助檢測片同步變形。然后利用激光傳感器測量輔助檢測片的位移，并通過數(shù)據(jù)采集卡采集數(shù)據(jù)，最后通過Labview軟件繪制數(shù)據(jù)波形，其采樣頻率設(shè)置為1000Hz。圖2為使用峰值6000V電壓，1Hz交變電壓驅(qū)動下DE致動器的位移輸出響應(yīng)曲線。相比6000V直流電壓，最大位移輸出基本相同。隨著頻率的增加，位移逐漸減小。并可以看出響應(yīng)位移也存在滯后現(xiàn)象，但不如高頻影響下明顯。另外響應(yīng)曲線波峰和波谷有一定偏差，和上文仿真圖形相同，可以看出是關(guān)于波谷的對稱曲線，波峰略尖，這主要是由DE材料自身較強的非線性因素影響，在高電壓下材料變形增大，導(dǎo)致各電壓區(qū)段變形不一致引起的。
圖1：在致動器上施加1Hz正弦激勵的響應(yīng)曲線
實驗結(jié)果：
與直流電壓一致，通過提升電壓和預(yù)拉伸倍數(shù)同樣能提高驅(qū)動器的振幅。對于需求快速行進(jìn)的的操作器，例如爬行機器人，可以通過在低頻范圍內(nèi)提升頻率來加快爬行速度，但從實驗中發(fā)現(xiàn)只改變頻率不改變幅值對致動器平衡位置影響不大，這主要是因為在低頻段單位時間內(nèi)能量變化不明顯導(dǎo)致。
對DE材料在交流電下的響應(yīng)特征進(jìn)行分析研究，發(fā)現(xiàn)粘彈性對動態(tài)特性影響非常嚴(yán)重，頻率升高會因為致動器的滯后特性反而使振幅下降。
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圖：ATA-67100高壓放大器指標(biāo)參數(shù)
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