|
實(shí)驗名稱(chēng)：驅動(dòng)器驅動(dòng)特性測試 測試目的：針對球囊形DEA的結構特點(diǎn)和驅動(dòng)要求搭建了測試平臺。通過(guò)MATLAB軟件控制高壓放大器對球囊型DEA加電驅動(dòng)，使用氣壓傳感器記錄驅動(dòng)器DE球囊內部的氣壓變化；作為錨固結構，驅動(dòng)狀態(tài)下的球囊尺寸是重點(diǎn)關(guān)注的性能參數，使用AVT工業(yè)相機記錄試驗過(guò)程并得到各階段的球囊最大半徑。通過(guò)測試得到了球囊形DEA的臨界電壓，研究了加電電壓、初始氣壓作為單一變量時(shí)驅動(dòng)器球囊最大半徑的變化規律，驗證外接氣腔時(shí)對驅動(dòng)器球囊穩壓供氣、提升變形量的作用，并總結出較為理想的氣壓-電壓匹配關(guān)系。 測試設備：高壓放大器、氣壓傳感器、信號采集卡、工業(yè)相機、計算機等。 圖1：驅動(dòng)器測試平臺示意圖 實(shí)驗過(guò)程： 驅動(dòng)器測試平臺如圖1所示，主要由電壓調控、氣壓測量、球囊變形測量等部分構成。將驅動(dòng)器樣品平放在由立柱支撐的測試平面上，鋁箔電極與高壓放大器的電壓輸出端連接，驅動(dòng)器底部連接軟氣管至三通氣閥處；三通氣閥另外兩個(gè)出口分別連接氣壓傳感器與單向閥，通過(guò)單向閥可以給驅動(dòng)器充入氣體同時(shí)防止氣體泄漏。將工業(yè)相機設置于驅動(dòng)器正上方，記錄試驗過(guò)程中球囊的形變情況，為了提高成像質(zhì)量使用了照明設備。計算機連接信號采集卡，一方面用于控制高壓放大器的輸出電壓，另一方面收集氣壓傳感器、高壓放大器等輸出的信號，匯總的試驗數據通過(guò)計算機軟件進(jìn)行分析。 介電彈性體材料的電學(xué)特性通常要求上千伏外界電壓激發(fā)，普通的電源發(fā)生器無(wú)法滿(mǎn)足要求。采用了高壓功率放大器，通過(guò)計算機可以控制該高壓放大器輸出電壓的大小、波形等參數，輸出電壓可達5kV(DC)或相應峰值AC，并可以遠程控制電源通斷確保試驗安全進(jìn)行；此外該高壓放大器還具有測量功能，能實(shí)時(shí)檢測并記錄電流、電壓變化，并通過(guò)信號采集卡上傳至計算機。使用了Matlab軟件對試驗過(guò)程進(jìn)行控制，Matlab可以對高壓放大器施加命令流，控制其根據給定時(shí)間通斷電；通過(guò)Matlab還可以讀取信號采集卡傳輸的電信號，繪制時(shí)間、電壓、電流三者之間的關(guān)系曲線(xiàn)，分析驅動(dòng)器加電過(guò)程中的電學(xué)特性。 由于驅動(dòng)器被設計為密封氣囊，理想狀態(tài)下裝置內部氣體總量可視為不變，根據理想狀態(tài)氣體方程：PV=nRT，可知恒溫下氣壓變化與體積變化呈相反關(guān)系，則氣壓變化可以用來(lái)反映球囊體積變化。因此，氣壓變化也是試驗的重要參數之一。 圖2：氣壓測量設備(a)氣壓傳感器(b)氣壓傳感器電源 選用了壓力傳感器，如圖2(a)所示。該傳感器電源供應為直流5V，采用圖2(b)中的小型電源進(jìn)行供電。按照產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)進(jìn)行了電源線(xiàn)、信號線(xiàn)的接線(xiàn)，信號線(xiàn)連接至信號采集卡將氣壓傳感器采集到的信號轉換并輸送給計算機。該傳感器量程為±5PSI（即±34.475kPa），測量誤差為±0.01kPa，量程與精度都滿(mǎn)足試驗要求。該氣壓傳感器測量值為兩端口的氣壓差，試驗過(guò)程中僅使用一個(gè)端口即可，得到的氣壓值即為大氣壓與球囊內部氣壓的差值。 實(shí)驗結果： 圖3：AVT工業(yè)相機 氣壓變化可以反應出總體積變化，但還需要測量加電前后驅動(dòng)器球囊的半徑變化作為驅動(dòng)器錨定性能的參考。采用了AVT工業(yè)相機從俯視方向記錄試驗加電過(guò)程，如圖3所示。使用軟件對相機拍攝進(jìn)行編程控制，在高壓放大器開(kāi)始加電的同時(shí)開(kāi)始拍攝，斷電后2s結束拍攝。 對采集到的試驗圖像進(jìn)行處理：首先選取加電前和加電后穩定狀態(tài)的球囊圖像，利用PhotoShop軟件進(jìn)行批處理截取出相同位置和尺寸的圖片，要求包括清晰的整個(gè)球囊形貌；然后使用ImageJ軟件對圖像進(jìn)行二值化處理，讓球囊邊緣與非球囊部分形成明顯的灰度對比，使用工具選取球囊邊界區域，如圖4所示；利用ImageJ的灰度統計功能可以計算出黃色線(xiàn)包圍區域的像素點(diǎn)總數，隨后與中心磁片區域的像素點(diǎn)總數對比，即可得到球囊面積與中心磁片面積的比值關(guān)系。已知磁片的實(shí)際面積為16πmm2，可以輕松推算出球囊的實(shí)際面積大小，進(jìn)而得到球囊半徑的估測值。 高壓放大器推薦：ATA-7050 圖：ATA-7050高壓放大器指標參數 本資料由Aigtek安泰電子整理發(fā)布，更多案例及產(chǎn)品詳情請持續關(guān)注我們。西安安泰電子Aigtek已經(jīng)成為在業(yè)界擁有廣泛產(chǎn)品線(xiàn)，且具有相當規模的儀器設備供應商，樣機都支持免費試用。高壓放大器https://www.aigtek.com/products/bk-gyfdq.html |
