實驗名(ming)稱：位(wei)置控制系統懸浮實驗

　　測試目的(de)：靜(jing)(jing)電懸浮位(wei)置(zhi)控(kong)制(zhi)系統(tong)(tong)是(shi)靜(jing)(jing)電懸浮材料加工(gong)技(ji)術的(de)基礎，同時也(ye)是(shi)核(he)心，我國尚未(wei)有已(yi)經(jing)完全(quan)掌(zhang)握了(le)該項(xiang)核(he)心技(ji)術的(de)報(bao)道(dao)，本文(wen)在(zai)分析(xi)位(wei)置(zhi)控(kong)制(zhi)系統(tong)(tong)各組(zu)成部分的(de)工(gong)作(zuo)原理上，設(she)計實現靜(jing)(jing)電懸浮位(wei)置(zhi)控(kong)制(zhi)系統(tong)(tong)，并實現了(le)對懸浮樣(yang)品的(de)穩定位(wei)置(zhi)控(kong)制(zhi)。

　　測(ce)試設備：高(gao)壓(ya)放大器、懸浮電極、激光電源等。

　　圖1：靜電(dian)懸浮位置控制系統

　　實驗過程：

　　豎直(zhi)方向位(wei)置控(kong)制(zhi)(zhi)系統實驗(yan)裝置由650nm半導體激光(guang)光(guang)源(yuan)(yuan)、三維控(kong)制(zhi)(zhi)板、高壓放大器、懸浮電(dian)極等組(zu)成，圖(tu)2所(suo)示(shi)的上圖(tu)為PSD、信號放大電(dian)路、懸浮電(dian)極、激光(guang)光(guang)源(yuan)(yuan)和(he)高壓放大器，下圖(tu)為控(kong)制(zhi)(zhi)板和(he)控(kong)制(zhi)(zhi)板供(gong)電(dian)電(dian)源(yuan)(yuan)。

　　圖2：豎直方向位置控制(zhi)系統(tong)實(shi)驗裝置

　　懸浮對(dui)象(xiang)采用直徑約(yue)3mm的鍍(du)石墨(mo)陶瓷(ci)小球(qiu)，當(dang)系(xi)統加電后，鍍(du)石墨(mo)陶瓷(ci)小球(qiu)立(li)即被懸浮起(qi)來并逐(zhu)漸穩定到上下極板間的中心(xin)位(wei)置，懸浮情況如圖3所示。

　　圖3：懸浮情況(kuang)圖

　　經放(fang)大(da)后觀察，可得(de)到懸(xuan)(xuan)浮(fu)的精度在±0.05mm以內，如圖4所示(shi)為0.7s內的懸(xuan)(xuan)浮(fu)情況。

　　圖4：懸浮精度測(ce)定圖

　　圖5為示波(bo)器觀(guan)察懸(xuan)浮起步(bu)時PSD輸出的Z方(fang)向位(wei)置(zhi)信號和(he)控(kong)制電(dian)壓信號，其中(zhong)CH1為位(wei)置(zhi)信號，CH2為控(kong)制電(dian)壓信號（實際值(zhi)和(he)觀(guan)察值(zhi)之(zhi)比為2000：1）。可見，懸(xuan)浮起步(bu)時的控(kong)制電(dian)壓需大約7000V，而小球在(zai)兩極(ji)板(ban)中(zhong)心(xin)位(wei)置(zhi)的懸(xuan)浮控(kong)制電(dian)壓只需約4000V。

　　圖5：示波(bo)器觀察懸浮(fu)起步(bu)過程(cheng)

　　實驗結果：

　　采用(yong)650nm光源的(de)(de)豎直(zhi)方向(xiang)位(wei)(wei)置(zhi)控(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)系統(tong)的(de)(de)位(wei)(wei)置(zhi)控(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)精度(du)(du)為±0.05mm，這(zhe)已經達(da)到本(ben)文(wen)靜電(dian)懸浮位(wei)(wei)置(zhi)控(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)系統(tong)的(de)(de)設(she)計(ji)要求（±0.25mm）。將來用(yong)性(xing)能更好的(de)(de)808nm激光器做位(wei)(wei)置(zhi)測量(liang)，豎直(zhi)方向(xiang)的(de)(de)控(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)精度(du)(du)必然更高。另外，水(shui)平(ping)(ping)(ping)方向(xiang)的(de)(de)位(wei)(wei)置(zhi)控(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)不需(xu)要克服重(zhong)力，中心位(wei)(wei)置(zhi)是(shi)懸浮樣品在水(shui)平(ping)(ping)(ping)方向(xiang)電(dian)場力的(de)(de)平(ping)(ping)(ping)衡點，水(shui)平(ping)(ping)(ping)方向(xiang)的(de)(de)位(wei)(wei)置(zhi)控(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)主要是(shi)為了防止外界的(de)(de)干擾，那么水(shui)平(ping)(ping)(ping)方向(xiang)的(de)(de)位(wei)(wei)置(zhi)控(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)能夠達(da)到更高的(de)(de)精度(du)(du)。

　　電壓(ya)放(fang)大器推薦：ATA-7050

　　圖：ATA-7050高壓放大器指標參數

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