實驗名稱：圓(yuan)柱驅動(dong)器的設計與性能測試

　　研究方向：基于介(jie)電(dian)(dian)(dian)彈(dan)性(xing)(xing)體的(de)(de)工(gong)作(zuo)(zuo)原理(li)(li)，設計了(le)(le)一種圓柱驅(qu)(qu)動器(qi)(qi)(qi)，在理(li)(li)論(lun)分(fen)析、結(jie)構(gou)設計、加(jia)工(gong)制作(zuo)(zuo)和(he)具(ju)體應用等(deng)方(fang)面進行了(le)(le)闡述(shu)與分(fen)析。以(yi)VHB4910薄膜(mo)為介(jie)電(dian)(dian)(dian)彈(dan)性(xing)(xing)體材(cai)料(liao)，采(cai)用超彈(dan)性(xing)(xing)模(mo)(mo)(mo)(mo)型--Yeoh模(mo)(mo)(mo)(mo)型和(he)Ogden模(mo)(mo)(mo)(mo)型，分(fen)別對圓柱驅(qu)(qu)動器(qi)(qi)(qi)的(de)(de)電(dian)(dian)(dian)致變形(xing)過程構(gou)建(jian)數(shu)學理(li)(li)論(lun)模(mo)(mo)(mo)(mo)型，分(fen)析了(le)(le)預(yu)拉伸率、加(jia)載(zai)電(dian)(dian)(dian)壓(ya)等(deng)因(yin)素對驅(qu)(qu)動器(qi)(qi)(qi)的(de)(de)驅(qu)(qu)動性(xing)(xing)能(軸向應力(li)、電(dian)(dian)(dian)致變形(xing)能力(li))的(de)(de)影響。以(yi)VHB4910薄膜(mo)為介(jie)電(dian)(dian)(dian)彈(dan)性(xing)(xing)體材(cai)料(liao)，采(cai)用超彈(dan)性(xing)(xing)模(mo)(mo)(mo)(mo)型--Yeoh模(mo)(mo)(mo)(mo)型和(he)Ogden模(mo)(mo)(mo)(mo)型，分(fen)別對圓柱驅(qu)(qu)動器(qi)(qi)(qi)的(de)(de)電(dian)(dian)(dian)致變形(xing)過程構(gou)建(jian)數(shu)學理(li)(li)論(lun)模(mo)(mo)(mo)(mo)型，分(fen)析了(le)(le)預(yu)拉伸率、加(jia)載(zai)電(dian)(dian)(dian)壓(ya)等(deng)因(yin)素對驅(qu)(qu)動器(qi)(qi)(qi)的(de)(de)驅(qu)(qu)動性(xing)(xing)能(軸向應力(li)、電(dian)(dian)(dian)致變形(xing)能力(li))的(de)(de)影響。并(bing)且為了(le)(le)研究(jiu)圓柱驅(qu)(qu)動器(qi)(qi)(qi)的(de)(de)安(an)全可(ke)靠(kao)的(de)(de)工(gong)作(zuo)(zuo)空(kong)間，從熱(re)力(li)學理(li)(li)論(lun)Helmholtz自由能函(han)數(shu)出(chu)發，以(yi)Ogden模(mo)(mo)(mo)(mo)型為基礎，對驅(qu)(qu)動器(qi)(qi)(qi)工(gong)作(zuo)(zuo)過程中的(de)(de)四種失(shi)效模(mo)(mo)(mo)(mo)式--機電(dian)(dian)(dian)失(shi)穩、電(dian)(dian)(dian)擊穿、張力(li)失(shi)穩、極限(xian)拉伸斷裂(lie)，進行數(shu)值(zhi)分(fen)析求解，得到了(le)(le)驅(qu)(qu)動器(qi)(qi)(qi)的(de)(de)有(you)效工(gong)作(zuo)(zuo)空(kong)間，為驅(qu)(qu)動器(qi)(qi)(qi)的(de)(de)設計提供了(le)(le)理(li)(li)論(lun)依據。

　　實驗目的：對圓柱(zhu)驅動(dong)器(qi)工作(zuo)過(guo)程(cheng)中(zhong)的(de)漏(lou)電(dian)(dian)現(xian)象建(jian)立(li)了等效(xiao)電(dian)(dian)路模型，對模型中(zhong)的(de)參數(shu)提出(chu)了測(ce)(ce)量方法，并采用實驗測(ce)(ce)定的(de)方法對漏(lou)電(dian)(dian)電(dian)(dian)流進行測(ce)(ce)量，驗證所(suo)設計(ji)的(de)圓柱(zhu)驅動(dong)器(qi)，通過(guo)實驗對理論數(shu)據進行實際(ji)測(ce)(ce)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(dian)(dian)壓(ya)調(diao)節(jie)范圍為±10kVp電(dian)(dian)流輸出范圍為0-2mA，額定功率為20W可通(tong)過(guo)電(dian)(dian)源(yuan)本身調(diao)節(jie)，也(ye)可以通(tong)過(guo)計算機遠(yuan)程控制，工作穩定性可以達到小于0.1%h。電(dian)(dian)動立式單(dan)柱測(ce)試臺(tai)內置傳感器(qi)，精度(du)為士0.5%，最大負荷為100N，最大位移行程為580mm，拉伸速度(du)為0.5mm/s。驅動器(qi)的主要性能指(zhi)標有(you):輸出位移AL、輸出力AF、臨界擊穿電(dian)(dian)壓(ya)AU、疲勞強度(du)等。

　　圖：實驗測試裝(zhuang)置

　　實驗過程：為了更直觀的了解驅(qu)動器的漏電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)現象，因此檢(jian)測(ce)(ce)圓柱驅(qu)動器加載電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)壓(ya)過(guo)程中(zhong)的電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)流(liu)(liu)(liu)(liu)變化來(lai)研究其漏電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)流(liu)(liu)(liu)(liu)，泄(xie)漏電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)流(liu)(liu)(liu)(liu)的檢(jian)測(ce)(ce)實驗原理圖(tu)和實驗測(ce)(ce)試如(ru)圖(tu)2所示。實驗過(guo)程中(zhong)，將一(yi)個(ge)大電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)阻與(yu)驅(qu)動器串聯(lian)(lian)，對串聯(lian)(lian)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)路加載不同傾斜(xie)率的斜(xie)坡電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)壓(ya)，打開開關，用示波器檢(jian)測(ce)(ce)串聯(lian)(lian)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)阻R上的電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)壓(ya)變化，經過(guo)換(huan)算后即為串聯(lian)(lian)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)路中(zhong)的電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)流(liu)(liu)(liu)(liu)，具體操作過(guo)程如(ru)下:

　　①將驅(qu)動(dong)器固定在(zai)測(ce)試平(ping)臺(tai)上，緩慢(man)移(yi)動(dong)測(ce)試平(ping)臺(tai)，每次拉伸的距離為L;

　　②保持位(wei)置平衡(heng)后，測量(liang)圓柱驅動器在當前位(wei)置的(de)電容值;

　　③對驅動(dong)器施加斜率200V的斜坡電壓(ya)(ya)，直至(zhi)升壓(ya)(ya)至(zhi)目標電壓(ya)(ya)，并保持一段(duan)時間(jian);

　　④用示波器測量施加斜坡電(dian)壓過程中(zhong)電(dian)阻(zu)R上的電(dian)壓變化(hua)U(t)，計算漏電(dian)電(dian)流;

　　實驗結果：在實(shi)驗過程中，使(shi)用的(de)示(shi)波(bo)器模(mo)擬帶寬為(wei)100MHz，采(cai)樣頻(pin)率為(wei)1GS/s，可以實(shi)現快速采(cai)樣，采(cai)用的(de)高(gao)壓(ya)探頭為(wei)1000:1，防止高(gao)壓(ya)對示(shi)波(bo)器的(de)損壞(huai)。

　　目標電(dian)(dian)壓(ya)分別(bie)為1kV、3KV、4.5KV，電(dian)(dian)路中串聯的大電(dian)(dian)阻R為高電(dian)(dian)阻，電(dian)(dian)阻值為10兆歐(ou)，在檢測時圓柱驅動(dong)器保持(chi)一(yi)段時間(jian)(10s)，處(chu)于靜(jing)止狀態，因此電(dian)(dian)容是恒(heng)定的，測量值為C-2.4nF。

　　圖(tu)4-7、圖(tu)4-8、圖(tu)4-9分別為(wei)目標電壓1kV、3KV、4.5KV時的(de)(de)泄(xie)(xie)洞(dong)電流檢測結(jie)果(guo)。從圖(tu)中可(ke)以(yi)看(kan)出(chu)，漏(lou)電電流有(you)(you)一定的(de)(de)波動(dong)(dong)(dong)性，這是(shi)(shi)由于(yu)電壓發生(sheng)變化(hua)時驅動(dong)(dong)(dong)器軸向伸(shen)長，結(jie)構(gou)會發生(sheng)微小(xiao)的(de)(de)改(gai)變，并且實驗(yan)過(guo)程中有(you)(you)外在環境(jing)的(de)(de)影響，因此采集到的(de)(de)數(shu)據有(you)(you)一定的(de)(de)波動(dong)(dong)(dong)。對比三幅圖(tu)可(ke)以(yi)看(kan)出(chu)，加載電壓的(de)(de)大小(xiao)雖(sui)然不同(tong)，但是(shi)(shi)泄(xie)(xie)電流的(de)(de)變化(hua)趨勢是(shi)(shi)一樣的(de)(de)，說明(ming)驅動(dong)(dong)(dong)器在加載電壓過(guo)程中存在著(zhu)電流泄(xie)(xie)露，并且隨著(zhu)電場強(qiang)度的(de)(de)增加，泄(xie)(xie)漏(lou)電流越(yue)明(ming)顯。

　　泄漏(lou)電(dian)流i可由泄漏(lou)電(dian)流密度j乘以(yi)柔性(xing)電(dian)極的(de)有效(xiao)(xiao)區域A得到。A為柔性(xing)電(dian)極的(de)有效(xiao)(xiao)區域，A≈2500mm，泄漏(lou)電(dian)流密度j根(gen)據公式計算，通常取o=3.23x0.0004S/m，Ee=40MV/m，根(gen)據理論(lun)公式計算出的(de)理論(lun)泄漏(lou)電(dian)流為圖中(zhong)所示(shi)。

　　?高壓(ya)放大器(qi)推薦：ATA-67100

　　圖：ATA-67100高壓(ya)放大器指標參數

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