高壓放大器在電致動(dòng)介電彈性體圓柱驅動(dòng)器中的應用

發(fā)布時(shí)間:2025-3-18 11:22    發(fā)布者:aigtek01
關(guān)鍵詞: 高壓放大器
  實(shí)驗名稱(chēng):圓柱驅動(dòng)器的設計與性能測試
  研究方向:基于介電彈性體的工作原理,設計了一種圓柱驅動(dòng)器,在理論分析、結構設計、加工制作和具體應用等方面進(jìn)行了闡述與分析。以VHB4910薄膜為介電彈性體材料,采用超彈性模型--Yeoh模型和Ogden模型,分別對圓柱驅動(dòng)器的電致變形過(guò)程構建數學(xué)理論模型,分析了預拉伸率、加載電壓等因素對驅動(dòng)器的驅動(dòng)性能(軸向應力、電致變形能力)的影響。以VHB4910薄膜為介電彈性體材料,采用超彈性模型--Yeoh模型和Ogden模型,分別對圓柱驅動(dòng)器的電致變形過(guò)程構建數學(xué)理論模型,分析了預拉伸率、加載電壓等因素對驅動(dòng)器的驅動(dòng)性能(軸向應力、電致變形能力)的影響。并且為了研究圓柱驅動(dòng)器的安全可靠的工作空間,從熱力學(xué)理論Helmholtz自由能函數出發(fā),以Ogden模型為基礎,對驅動(dòng)器工作過(guò)程中的四種失效模式--機電失穩、電擊穿、張力失穩、極限拉伸斷裂,進(jìn)行數值分析求解,得到了驅動(dòng)器的有效工作空間,為驅動(dòng)器的設計提供了理論依據。
  實(shí)驗目的:對圓柱驅動(dòng)器工作過(guò)程中的漏電現象建立了等效電路模型,對模型中的參數提出了測量方法,并采用實(shí)驗測定的方法對漏電電流進(jìn)行測量,驗證所設計的圓柱驅動(dòng)器,通過(guò)實(shí)驗對理論數據進(jìn)行實(shí)際測試。
  測試設備:測試系統由高壓設備、位移測距儀、拉壓傳感器、計算機等組成。高壓設備采用安泰電子ATA-67100高壓放大器,電壓調節范圍為±10kVp電流輸出范圍為0-2mA,額定功率為20W可通過(guò)電源本身調節,也可以通過(guò)計算機遠程控制,工作穩定性可以達到小于0.1%h。電動(dòng)立式單柱測試臺內置傳感器,精度為士0.5%,最大負荷為100N,最大位移行程為580mm,拉伸速度為0.5mm/s。驅動(dòng)器的主要性能指標有:輸出位移AL、輸出力AF、臨界擊穿電壓AU、疲勞強度等。

圖:實(shí)驗測試裝置
  實(shí)驗過(guò)程:為了更直觀(guān)的了解驅動(dòng)器的漏電現象,因此檢測圓柱驅動(dòng)器加載電壓過(guò)程中的電流變化來(lái)研究其漏電電流,泄漏電流的檢測實(shí)驗原理圖和實(shí)驗測試如圖2所示。實(shí)驗過(guò)程中,將一個(gè)大電阻與驅動(dòng)器串聯(lián),對串聯(lián)電路加載不同傾斜率的斜坡電壓,打開(kāi)開(kāi)關(guān),用示波器檢測串聯(lián)電阻R上的電壓變化,經(jīng)過(guò)換算后即為串聯(lián)電路中的電流,具體操作過(guò)程如下:
 、賹Ⅱ寗(dòng)器固定在測試平臺上,緩慢移動(dòng)測試平臺,每次拉伸的距離為L(cháng);
 、诒3治恢闷胶夂,測量圓柱驅動(dòng)器在當前位置的電容值;
 、蹖︱寗(dòng)器施加斜率200V的斜坡電壓,直至升壓至目標電壓,并保持一段時(shí)間;
 、苡檬静ㄆ鳒y量施加斜坡電壓過(guò)程中電阻R上的電壓變化U(t),計算漏電電流;


圖2:泄漏電流的檢測實(shí)驗原理圖
  實(shí)驗結果:在實(shí)驗過(guò)程中,使用的示波器模擬帶寬為100MHz,采樣頻率為1GS/s,可以實(shí)現快速采樣,采用的高壓探頭為1000:1,防止高壓對示波器的損壞。
  目標電壓分別為1kV、3KV、4.5KV,電路中串聯(lián)的大電阻R為高電阻,電阻值為10兆歐,在檢測時(shí)圓柱驅動(dòng)器保持一段時(shí)間(10s),處于靜止狀態(tài),因此電容是恒定的,測量值為C-2.4nF。
  圖4-7、圖4-8、圖4-9分別為目標電壓1kV、3KV、4.5KV時(shí)的泄洞電流檢測結果。從圖中可以看出,漏電電流有一定的波動(dòng)性,這是由于電壓發(fā)生變化時(shí)驅動(dòng)器軸向伸長(cháng),結構會(huì )發(fā)生微小的改變,并且實(shí)驗過(guò)程中有外在環(huán)境的影響,因此采集到的數據有一定的波動(dòng)。對比三幅圖可以看出,加載電壓的大小雖然不同,但是泄電流的變化趨勢是一樣的,說(shuō)明驅動(dòng)器在加載電壓過(guò)程中存在著(zhù)電流泄露,并且隨著(zhù)電場(chǎng)強度的增加,泄漏電流越明顯。

  泄漏電流i可由泄漏電流密度j乘以柔性電極的有效區域A得到。A為柔性電極的有效區域,A≈2500mm,泄漏電流密度j根據公式計算,通常取o=3.23x0.0004S/m,Ee=40MV/m,根據理論公式計算出的理論泄漏電流為圖中所示。
  高壓放大器推薦:ATA-7100

圖:ATA-7100高壓放大器指標參數

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