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高压放大器在IDE压电元件及其在仿生翼中的应用

测试技术分享 来源:测试技术分享 作者:测试技术分享 2022-12-16 15:35 次阅读

实验名称:IDE压电元件及其在仿生翼中应用研究

研究方向:仿生学

测试目的:

优化IDE压电元件结构和组分出发,目的是为了获得大驱动位移、综合性能良好的IDE驱动件。着重研究IDE压电元件的力学和电学性能、驱动特性和在仿生翼上的集成,及其对仿生翼姿态的控制。希望能够将IDE压电元件最终应用到智能材料结构中,以加速智能材料结构的进一步实用化。

测试设备:工控机、ATA-7020高压放大器、激光干涉仪、测量系统、仿生翼、控制卡、电荷放大器、直流电源

实验过程:

采用测量系统、高压放大器ATA-7020和激光干涉仪等设备,进行仿生翼静态实验如下图A所示。在仿生翼表面靠近后缘,沿翼展方向依次设定5个测量点:1、2、3、4、5,其中1、2和3位于MFC元件布置的区域。

poYBAGOcH7eAcmPZAACPnPnWshg229.png

图:仿生翼静态实验

采用测量点的最大变形坐标绘制曲线,如上图B所示。由图可见,随加载电压变化,位于MFC布置区域的1、2和3点的曲线变化规律基本相同,离开MFC布置区域的4点的变形能力有所下降,而位于翅脉上的5点的变形能力更低,实际上,靠近翅尖的翼膜几乎不受MFC驱动的影响。因此,在外加电压的作用下,在布置MFC元件的区域,仿生翼的攻角可以得到一定的控制。

拍动机构电机产生的运动和力,通过减速装置和齿轮连杆结构,最后经连杆传递给仿生翼。通过连杆仿生翼可以获得拍动运动所需要的运动和力,因此为了检测MFC对仿生翼气动力的影响,采用检测拍动机构连杆轴向应力变化的方法进行。扑翼测控系统如下图所示,有一个主机和一个控制卡组成,控制卡输出信号,控制电压放大器给MFC供电,控制卡输入信号,测量拍动机构连杆受力变化。

pYYBAGOcH72AGchQAADf3yJQRw0393.png

图:扑翼测控系统

在工控机利用Matlab程序编写采集和控制程序,然后下载到控制卡里面。在控制卡后,一路连接功率放大器对MFC元件进行控制,一路连接电荷放大器和连杆表面的PZT片,对连杆轴向受力进行检测。拍动频率固定为3Hz,MFC元件控制电压U。曲线为:

poYBAGOcH8CAPCwpAABHF1Gm_50763.png

实验结果:

给MFC元件施加不同的驱动电压,测得连杆表面压电片的电荷变化曲线通过第四类压电方程,求得连杆轴线受力变化曲线如下图所示。由图可见由于受到空气阻力的影响,下拍阶段,连杆的受力明显增加,此时重力不是主要因素;随MFC加载电压的增加,连杆轴向力发生相位变化,正向电压导致相位超前,负向电压导致相对滞后:另外随MFC元件加载电压的增加,连杆轴向力增大,说明仿生翼气动力增加。

poYBAGOcH8mAJrO9AAEGcHRYT9g100.png

图:MFC元件对连杆轴向力的影响

ATA-7020在本实验中的作用:提供一个可控电压源,加到压电元件,研究其力学和电学性能、驱动特性和在仿生翼上的集成,及其对仿生翼姿态的控制。

安泰ATA-7020高压放大器:

pYYBAGOcH9CAGMHvAADjzwW767c522.png

图:ATA-7020高压放大器指标参数

本文实验素材由西安安泰电子整理发布。Aigtek已经成为在业界拥有广泛产品线,且具有相当规模的仪器设备供应商,样机都支持免费试用。

审核编辑:汤梓红

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