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實(shí)驗名稱(chēng)：最小能量結構電信號響應研究 研究方向：驅動(dòng)器的工作行程、輸出力矩直接決定著(zhù)管道機器人的工作性能，電信號對驅動(dòng)器的工作行程有著(zhù)直接的影響。此外，軟體管道機器人的向前運動(dòng)方式與傳統剛性管道機器人的前進(jìn)方式不同，位移相比于電信號有著(zhù)一定的滯后效應。所以還需要探究電信號對驅動(dòng)器形變角度的影響并進(jìn)行相應優(yōu)化，從而提高驅動(dòng)器負載能力和擴大驅動(dòng)行程。 實(shí)驗目的：討論介電彈性體最小能量結構(DielectricElastomerMinimumEnergyStructure，DEMES)的動(dòng)態(tài)特性，即電信號的波形、頻率和峰值對DEMES的電致形變量的影響，在研究這些變量影響的實(shí)驗中，使用已經(jīng)進(jìn)行了靜力學(xué)優(yōu)化的方案:材料拉伸率380%X300%；圓形鏤空區r、b、h分別為15mm、8mm、4mm；材料厚度為0.21mm。 測試設備：信號發(fā)生器、高壓放大器、位移傳感器、數字示波器等。 實(shí)驗過(guò)程： 使用信號發(fā)生器，ATA-7050高壓放大器產(chǎn)生驅動(dòng)電壓；設置測量距離為15cm，使用位移傳感器測量對DEMES形變進(jìn)行測量，保持測量范圍在15-20cm；使用數字示波器，以500Hz的采樣頻率，進(jìn)行測得數據記錄。實(shí)驗臺設備連接圖如圖4-1(左)和實(shí)驗裝置圖如圖4-1(右)所示。 圖4-1：實(shí)驗裝置圖 為了方便測量，實(shí)驗選擇測量驅動(dòng)器兩端的距離變化。 實(shí)驗結果： 為研究DEMES在不同頻率下的動(dòng)態(tài)響應，將電壓信號設置成如表4-1所示。 實(shí)驗結果如圖4-2，可以看出，DEMES在不同頻率下的形變量差別較大，總體趨勢是頻率增大形變減小，這是由DE材料本身粘彈性決定的。DEMES的形變會(huì )后于電信號的發(fā)出，頻率較高時(shí)，一個(gè)周期中DE材料上被施加了電壓產(chǎn)生形變，DEMES的形變未達到極限電壓就已經(jīng)停止，相似地，在一個(gè)周期內停止施加電壓的時(shí)域內，DEMES從形變狀態(tài)恢復，直到接收到下個(gè)周期的電壓信號，此時(shí)還未完全恢復，開(kāi)始下個(gè)周期的形變，頻率越高這種現象越明顯。 為研究將DEMES在不同峰值下的動(dòng)態(tài)響應，將電壓信號設置成1Hz占空比50%的正弦波，分別以3kV、4kV、5kV為最大電壓分別測得DEMES形變量，繪制曲線(xiàn)如圖4-3所示。 DEMES的最大形變與最大電壓成正相關(guān)，但是在同一時(shí)刻5kV與4kV形變量差大于4kV與3kV形變量差,即DEMES的形變量并不是簡(jiǎn)單地隨電壓增大而線(xiàn)性增大，而是隨著(zhù)電壓增大，形變量增加的梯度也增大。在頻率允許的情況下，隨著(zhù)峰值電壓增大，形變量會(huì )增加，且增加量也會(huì )增大。 為探究DEMES在不同波形電壓下的動(dòng)態(tài)響應，將設置信號發(fā)生器以方波、三角波和正弦波的方式分別進(jìn)行實(shí)驗。為了盡量排除由制作、溫度、時(shí)間等因素造成的誤差這幾種波形施加在同一驅動(dòng)器進(jìn)行實(shí)驗。DEMES在高壓下運動(dòng)次數較多，避免材料性質(zhì)隨時(shí)間變化，電壓采用較低的4.5kV，占空比50%，電信號頻率為5Hz。 圖4-4是三種不同波形驅動(dòng)電壓下的DEMES電致形變量。 圖4-4方波、三角波和正弦波下的DEMES電致形變量 在方波信號下，驅動(dòng)器被施加電壓后產(chǎn)生形變，其速度逐漸減慢直到一個(gè)周期內的電壓信號停止瞬間以一定速度恢復初始態(tài)，其速度逐漸減慢。在圖上呈現尖銳的波峰，50%的形變量增大周期與占空比稍有滯后。DE材料具有一定粘彈性，所以其形變相比電壓信號會(huì )有遲滯效果。 在三角波信號下，電壓增加的半個(gè)周期內，驅動(dòng)器被施加電壓后產(chǎn)生形變，電壓信號達到最大瞬間前速度減慢，電信號電壓最大時(shí)，其速度幾乎為0。 在正弦波信號下，除了第一個(gè)周期，驅動(dòng)器被施加正弦波電壓后，產(chǎn)生的形變量曲線(xiàn)呈正弦波，由于遲滯效應，整體波段相比電信號稍有滯后。 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 |
