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電壓放大器在超聲微機器人及管道研究實驗中的應用

作者：Aigtek 閱讀數：0 發布時間：2026-02-10 14:48:44

　　實驗名稱：超聲微機器人的制備、振動特性表征、運動性能測試及在復雜管道環境中的實驗研究

　　實驗目的：探究超聲驅動頻率、電壓及管道尺寸等關鍵參數對微機器人運動性能的影響，通過MEMS基壓電薄膜與頻率調制技術，驗證其高速、低壓、強爬坡與高負載能力，以支撐復雜管道的高效實時檢測需求。

　　測試設備：函數波形發生器、電壓放大器、電極引線及管道固定裝置、集成光學高速相機、激光多普勒測振儀、紅外熱像儀及精密位移平臺、掃描電子顯微鏡、阻抗分析儀以及有限元仿真平臺

　　實驗過程：以超聲微機器人為研究對象，通過MEMS基超薄壓電復合薄膜結構與超聲頻率調制技術，實現狹窄管道內超快雙向運動驗證。首先完成機器人制備與結構表征，利用SEM和阻抗測試確認共振頻率及振動模式；隨后結合有限元分析與激光測振，以函數發生器和放大器驅動系統，在21mm管道中達到81cm/s峰值速度，并通過頻率調制實現雙向控制。實驗在不同管道環境測試適應性，最終通過實時運動分析、爬坡和負載評估，證實其具備低電壓驅動、高速及強魯棒性，滿足復雜管道檢測需求。

圖1：電學/動力學測量實驗流程圖

　　實驗結果：基于MEMS制備的超薄壓電復合薄膜結構可實現超聲微機器人的超快雙向運動控制，在54.8kHz驅動頻率下達到81cm/s峰值速度，運動方向切換響應時間＜0.3s；系統在3Vpp超低驅動電壓下即可啟動，負載能力超過自重36倍，斜坡攀爬角度達24.25°；頻率調制可實現精準雙向控制，在不同管徑及多種材料管道中保持穩定運動，L形彎管通過率100%；集成微內窺鏡實現在線影像采集，驗證了該方法在運動速度、負載能力與環境適應性方面全面滿足復雜管道檢測需求。