實驗名稱：基于振動濾(lv)波器的高(gao)精度(du)壓電位移平臺研究(jiu)的實驗

　　研究方向：振動濾波(bo)器在壓電馬達領域的應用。

　　實驗目的：本(ben)研究旨在深入探究壓(ya)(ya)電(dian)馬(ma)達中質(zhi)量和(he)剛(gang)度(du)分(fen)布對(dui)其運動(dong)(dong)特性(xing)的(de)影響機(ji)制(zhi)，首次在壓(ya)(ya)電(dian)馬(ma)達領域(yu)提出振(zhen)動(dong)(dong)質(zhi)量隔(ge)離思想，通過引入振(zhen)動(dong)(dong)濾波器可(ke)控地調整壓(ya)(ya)電(dian)馬(ma)達的(de)質(zhi)量和(he)剛(gang)度(du)分(fen)布，以改善駐波型(xing)、行波型(xing)、慣性(xing)沖(chong)擊型(xing)壓(ya)(ya)電(dian)馬(ma)達及壓(ya)(ya)電(dian)位移(yi)平臺的(de)運動(dong)(dong)特性(xing)，提高運行效率、解決諧振(zhen)點漂(piao)移(yi)、增強重載能力等(deng)問題，并從(cong)理論(lun)或(huo)實驗角(jiao)度(du)闡述基于振(zhen)動(dong)(dong)濾波器的(de)振(zhen)動(dong)(dong)質(zhi)量隔(ge)離方法的(de)工作機(ji)制(zhi)。

　　測試設備：ATA-2168高壓放大器、信號發(fa)生器、示波器、激光位移(yi)傳感(gan)器、自制渦流位移(yi)傳感(gan)器等。

　　圖1：實(shi)驗(yan)測試平臺

　　實驗過程：

　　圖2：柔(rou)性鉸鏈結構設(she)計

　　基(ji)于(yu)(yu)(yu)振(zhen)動(dong)(dong)濾波(bo)器的(de)高精(jing)度(du)壓(ya)電(dian)位移(yi)(yi)平臺實(shi)驗中，首先設計對(dui)照實(shi)驗，將原滑塊(kuai)分(fen)為(wei)主(zhu)動(dong)(dong)滑塊(kuai)與被動(dong)(dong)滑塊(kuai)并通(tong)過柔性鉸鏈連接(jie)，構成基(ji)于(yu)(yu)(yu)振(zhen)動(dong)(dong)濾波(bo)器的(de)移(yi)(yi)動(dong)(dong)臺，另一組為(wei)參考移(yi)(yi)動(dong)(dong)臺，兩(liang)者(zhe)均放(fang)置于(yu)(yu)(yu)V形(xing)槽(cao)導軌上，通(tong)過銅-石(shi)墨(mo)直(zhi)線軸承保證壓(ya)電(dian)致(zhi)動(dong)(dong)器沿(yan)長(chang)度(du)方向(xiang)運(yun)動(dong)(dong)，利用(yong)(yong)可調(diao)(diao)整(zheng)底座調(diao)(diao)節預緊(jin)彈(dan)簧(huang)變形(xing)以優化預緊(jin)力。實(shi)驗時，由信號發生(sheng)(sheng)器生(sheng)(sheng)成階(jie)躍(yue)、方波(bo)等驅動(dong)(dong)信號，經功(gong)率放(fang)大器推動(dong)(dong)后作用(yong)(yong)于(yu)(yu)(yu)壓(ya)電(dian)致(zhi)動(dong)(dong)器，通(tong)過示波(bo)器監測驅動(dong)(dong)電(dian)壓(ya)，采用(yong)(yong)激光位移(yi)(yi)傳感器測量(liang)移(yi)(yi)動(dong)(dong)臺位移(yi)(yi)，后期納米級(ji)定位測試改用(yong)(yong)自制(zhi)渦流位移(yi)(yi)傳感器。通(tong)過改變驅動(dong)(dong)信號波(bo)形(xing)（如(ru)方波(bo)、鋸齒(chi)波(bo)、尖(jian)脈沖波(bo)）和摩擦(ca)力大小，記錄(lu)移(yi)(yi)動(dong)(dong)臺階(jie)躍(yue)響(xiang)應、連續運(yun)動(dong)(dong)特性等數據(ju)，結合四階(jie)Runge-Kutta法求解動(dong)(dong)力學模型，分(fen)析振(zhen)動(dong)(dong)濾波(bo)器對(dui)平臺速度(du)、重載能力及定位精(jing)度(du)的(de)影響(xiang)。

　　實驗結果：

　　圖3：移動臺的階躍(yue)響應(ying)

　　圖(tu)4：移動臺階(jie)躍響應與驅動電樂(le)的關系

　　圖5：移(yi)動(dong)臺(tai)的連續(xu)運動(dong)特性

　　基于振動(dong)(dong)(dong)濾波器的高精(jing)度(du)壓電(dian)位(wei)移(yi)平(ping)(ping)臺(tai)實驗結果(guo)表明，該平(ping)(ping)臺(tai)在(zai)繼承參考平(ping)(ping)臺(tai)驅(qu)動(dong)(dong)(dong)電(dian)源(yuan)成本(ben)低廉、結構緊湊、納(na)米級定(ding)位(wei)能力(li)(li)（10nm量級）等優點(dian)的基礎(chu)上(shang)，速(su)度(du)和重(zhong)載能力(li)(li)顯著提升(sheng)：階躍響(xiang)應中最終位(wei)移(yi)達6.5μm，約(yue)為參考平(ping)(ping)臺(tai)的4倍(bei)，拖動(dong)(dong)(dong)大質量負載時移(yi)動(dong)(dong)(dong)效率提升(sheng)明顯；連續運動(dong)(dong)(dong)測試中，方波驅(qu)動(dong)(dong)(dong)下速(su)度(du)更快，且通過調(diao)整驅(qu)動(dong)(dong)(dong)信號波形(xing)（如尖脈(mo)沖波）可減少位(wei)移(yi)過沖；動(dong)(dong)(dong)力(li)(li)學模(mo)型計(ji)算(suan)驗證(zheng)，1.5倍(bei)摩擦力(li)(li)下平(ping)(ping)臺(tai)正向(xiang)位(wei)移(yi)增大，柔性(xing)鉸鏈(lian)設計(ji)雖降低整體剛(gang)度(du)但(dan)通過優化可平(ping)(ping)衡剛(gang)度(du)與隔離效果(guo)，實現了在(zai)不(bu)影(ying)響(xiang)納(na)米級定(ding)位(wei)精(jing)度(du)的前提下，有效提升(sheng)平(ping)(ping)臺(tai)運動(dong)(dong)(dong)性(xing)能的目(mu)標。

　　放大(da)器(qi)(qi)在(zai)該實驗(yan)(yan)中(zhong)(zhong)發(fa)揮的(de)(de)效能(neng)：在(zai)基于(yu)振動(dong)濾波(bo)器(qi)(qi)的(de)(de)高精度壓(ya)電位移平臺實驗(yan)(yan)中(zhong)(zhong)，功(gong)率(lv)放大(da)器(qi)(qi)發(fa)揮了(le)關鍵(jian)效能(neng)：其(qi)將信(xin)號(hao)發(fa)生器(qi)(qi)生成的(de)(de)驅(qu)動(dong)信(xin)號(hao)進行(xing)功(gong)率(lv)放大(da)，使低功(gong)率(lv)電信(xin)號(hao)轉化為足(zu)以(yi)驅(qu)動(dong)壓(ya)電致動(dong)器(qi)(qi)的(de)(de)高功(gong)率(lv)信(xin)號(hao)，確(que)保(bao)壓(ya)電堆能(neng)產(chan)生足(zu)夠的(de)(de)機械位移以(yi)推動(dong)平臺運動(dong)。通(tong)過穩定放大(da)階躍、方波(bo)等驅(qu)動(dong)信(xin)號(hao)，放大(da)器(qi)(qi)保(bao)障了(le)壓(ya)電致動(dong)器(qi)(qi)對驅(qu)動(dong)信(xin)號(hao)的(de)(de)準確(que)響(xiang)應(ying)，進而使平臺在(zai)實驗(yan)(yan)中(zhong)(zhong)實現了(le)速(su)度和重(zhong)載能(neng)力(li)的(de)(de)提升，為驗(yan)(yan)證振動(dong)濾波(bo)器(qi)(qi)對平臺運動(dong)特性(xing)的(de)(de)改善提供了(le)可靠(kao)的(de)(de)功(gong)率(lv)支撐。

　　安泰ATA-2168高(gao)壓放大器：

　　圖：ATA-2168高壓放大器指標參數

　　本文(wen)實驗素材由西安(an)安(an)泰電子(zi)整(zheng)理發布。Aigtek已經成為在業(ye)(ye)界擁(yong)有(you)(you)廣泛產(chan)(chan)品線，且具有(you)(you)相(xiang)當(dang)規模的(de)儀(yi)(yi)器(qi)(qi)設備(bei)供(gong)應商，樣(yang)機(ji)都支持(chi)免費(fei)(fei)試用。西安(an)安(an)泰電子(zi)是專業(ye)(ye)從事功(gong)率放大器(qi)(qi)、高(gao)壓放大器(qi)(qi)、功(gong)率信(xin)(xin)號(hao)源(yuan)、前(qian)置微(wei)小信(xin)(xin)號(hao)放大器(qi)(qi)、高(gao)精度電壓源(yuan)、高(gao)精度電流源(yuan)等電子(zi)測(ce)量(liang)儀(yi)(yi)器(qi)(qi)研發、生產(chan)(chan)和銷售(shou)的(de)高(gao)科(ke)技企(qi)業(ye)(ye)。公司致(zhi)力于功(gong)率放大器(qi)(qi)、功(gong)率信(xin)(xin)號(hao)源(yuan)、計量(liang)校(xiao)準源(yuan)等產(chan)(chan)品為核(he)心(xin)的(de)相(xiang)關(guan)(guan)行業(ye)(ye)測(ce)試解決方案的(de)研究，為用戶提供(gong)具有(you)(you)競(jing)爭(zheng)力的(de)測(ce)試方案，Aigtek已經成為在業(ye)(ye)界擁(yong)有(you)(you)廣泛產(chan)(chan)品線，且具有(you)(you)相(xiang)當(dang)規模的(de)儀(yi)(yi)器(qi)(qi)設備(bei)供(gong)應商，樣(yang)機(ji)都支持(chi)免費(fei)(fei)試用。如想(xiang)了解更多功(gong)率放大器(qi)(qi)等產(chan)(chan)品，請持(chi)續關(guan)(guan)注安(an)泰電子(zi)官(guan)網hkdyw.cn或撥打029-88865020。