實驗名稱：DE材料的動力學分析

　　測試目的：DE材料(liao)驅動(dong)實驗過程中，除了靜態(tai)變形，也會(hui)應用于需要(yao)承受(shou)循環載(zai)荷的場合(he)。例如仿生魚尾擺動(dong)和爬行(xing)機(ji)器人(ren)爬行(xing)前進。因(yin)而需要(yao)對(dui)材料(liao)在交變電壓(ya)下的動(dong)態(tai)性(xing)能進行(xing)研究。在結構動(dong)態(tai)特性(xing)研究中，固有頻率是其關(guan)鍵特性(xing)。基于虛功(gong)原理對(dui)薄膜(mo)驅動(dong)器面(mian)內(nei)振動(dong)進行(xing)分(fen)析。

　　測試設備：高壓放大器(qi)、函數發生器(qi)、激(ji)光傳(chuan)感(gan)器(qi)、數據(ju)采(cai)集卡等(deng)。

　　實驗過程：

　　實驗(yan)方案應(ying)用(yong)雙(shuang)軸拉伸平(ping)臺，采(cai)用(yong)預拉伸倍數為(wei)(wei)300%*300%的(de)(de)矩形(xing)DE致(zhi)動(dong)(dong)(dong)器(qi)(qi)(qi)做(zuo)為(wei)(wei)實驗(yan)對象，對正(zheng)弦電(dian)(dian)壓下(xia)的(de)(de)變(bian)形(xing)性能進行(xing)測試(shi)。首先利用(yong)函數發生(sheng)器(qi)(qi)(qi)設(she)(she)置低(di)壓控制信號(hao)的(de)(de)波(bo)(bo)形(xing)、頻率等參數，并通(tong)(tong)過(guo)高壓放大器(qi)(qi)(qi)放大電(dian)(dian)壓信號(hao)，并施加(jia)(jia)在(zai)(zai)矩形(xing)致(zhi)動(dong)(dong)(dong)器(qi)(qi)(qi)兩側(ce)。涂有電(dian)(dian)極的(de)(de)區(qu)域在(zai)(zai)交流電(dian)(dian)壓下(xia)發生(sheng)往復運動(dong)(dong)(dong)帶動(dong)(dong)(dong)輔助(zhu)檢測片(pian)同(tong)步(bu)變(bian)形(xing)。然(ran)后利用(yong)激(ji)光傳感器(qi)(qi)(qi)測量輔助(zhu)檢測片(pian)的(de)(de)位移(yi)，并通(tong)(tong)過(guo)數據(ju)(ju)采(cai)集卡采(cai)集數據(ju)(ju)，最后通(tong)(tong)過(guo)Labview軟(ruan)件(jian)繪制數據(ju)(ju)波(bo)(bo)形(xing)，其采(cai)樣(yang)頻率設(she)(she)置為(wei)(wei)1000Hz。圖(tu)2為(wei)(wei)使用(yong)峰(feng)(feng)值6000V電(dian)(dian)壓，1Hz交變(bian)電(dian)(dian)壓驅動(dong)(dong)(dong)下(xia)DE致(zhi)動(dong)(dong)(dong)器(qi)(qi)(qi)的(de)(de)位移(yi)輸出(chu)響應(ying)曲(qu)線。相比6000V直(zhi)流電(dian)(dian)壓，最大位移(yi)輸出(chu)基本相同(tong)。隨著頻率的(de)(de)增加(jia)(jia)，位移(yi)逐漸減小。并可以(yi)看出(chu)響應(ying)位移(yi)也存在(zai)(zai)滯后現象，但不如高頻影響下(xia)明(ming)顯。另外(wai)響應(ying)曲(qu)線波(bo)(bo)峰(feng)(feng)和波(bo)(bo)谷有一定偏差，和上文仿真圖(tu)形(xing)相同(tong)，可以(yi)看出(chu)是關于(yu)波(bo)(bo)谷的(de)(de)對稱曲(qu)線，波(bo)(bo)峰(feng)(feng)略尖，這主要是由DE材(cai)料自身較強的(de)(de)非線性因(yin)素影響，在(zai)(zai)高電(dian)(dian)壓下(xia)材(cai)料變(bian)形(xing)增大，導致(zhi)各電(dian)(dian)壓區(qu)段變(bian)形(xing)不一致(zhi)引起的(de)(de)。

　　圖1：在致動器上施加1Hz正弦激勵的響應曲線

　　實驗結果：

　　與(yu)直流電壓一致，通(tong)(tong)過(guo)提升電壓和預拉伸(shen)倍數同樣能提高(gao)驅(qu)動器(qi)的(de)振幅。對(dui)于需求快(kuai)速行(xing)進的(de)的(de)操(cao)作器(qi)，例如爬(pa)行(xing)機器(qi)人，可以通(tong)(tong)過(guo)在(zai)低頻范圍內提升頻率來加快(kuai)爬(pa)行(xing)速度，但從(cong)實(shi)驗中發(fa)現只改(gai)變頻率不(bu)(bu)改(gai)變幅值對(dui)致動器(qi)平衡(heng)位置影響不(bu)(bu)大，這主(zhu)要是因(yin)為在(zai)低頻段單位時間內能量(liang)變化(hua)不(bu)(bu)明(ming)顯導致。

　　對DE材料在交流電下的(de)(de)響(xiang)應特征進行分析研究，發現粘彈性(xing)對動態特性(xing)影響(xiang)非常嚴重，頻率升高(gao)會(hui)因(yin)為致動器的(de)(de)滯(zhi)后特性(xing)反而使振幅下降。

　　高壓放大器推薦(jian)：ATA-67100

　　圖：ATA-67100高壓放大器指標參數

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