實驗名稱：IDE壓電元件及其在仿生翼中應用研究

　　研究方向(xiang)：仿生學

　　測試(shi)目的：

　　優化IDE壓電元件結構和組分出發，目的是為了獲得大驅動位移、綜合性能良好的IDE驅動件。著重研究IDE壓電元件的力學和電學性能、驅動特性和在仿生翼上的集成，及其對仿生翼姿態的控制。希望能夠將IDE壓電元件最終應用到智能材料結構中，以加速智能材料結構的進一步實用化。

　　測試設(she)備：工控機(ji)、ATA-7020高壓放大器、激光干涉儀、測量系統、仿生翼、控制卡、電荷放大器、直流電源

　　實驗過程(cheng)：

　　采用測量系統、高(gao)壓放(fang)大器ATA-7020和激光干涉儀等設備，進行仿生翼靜態實驗如下圖A所示。在仿生翼表面靠近后緣，沿翼展方向依次設定5個測量點：1、2、3、4、5，其中1、2和3位于MFC元件布置的區域。

圖：仿生翼靜態實驗

　　采(cai)用測(ce)量點的最(zui)大變形坐標繪(hui)制曲(qu)線(xian)，如上圖(tu)B所示。由圖可見，隨加載電壓變化，位于MFC布置區域的1、2和3點的曲線變化規律基本相同，離開MFC布置區域的4點的變形能力有所下降，而位于翅脈上的5點的變形能力更低，實際上，靠近翅尖的翼膜幾乎不受MFC驅動的影響。因此，在外加電壓的作用下，在布置MFC元件的區域，仿生翼的攻角可以得到一定的控制。

　　拍動(dong)(dong)(dong)機構(gou)電機產生的運(yun)動(dong)(dong)(dong)和(he)(he)(he)力，通(tong)過減(jian)速裝置和(he)(he)(he)齒(chi)輪連桿(gan)結構(gou)，最后經(jing)連桿(gan)傳遞給仿生翼。通(tong)過連桿(gan)仿生翼可以獲得(de)拍動(dong)(dong)(dong)運(yun)動(dong)(dong)(dong)所需要的運(yun)動(dong)(dong)(dong)和(he)(he)(he)力，因(yin)此為了檢測MFC對仿生翼氣動力的影響，采用檢測拍動機構連桿軸向應力變化的方法進行。撲翼測控系統如下圖所示，有一個主機和一個控制卡組成，控制卡輸出信號，控制電壓放大器給MFC供電，控制卡輸入信號，測量拍動機構連桿受力變化。

圖：撲翼(yi)測(ce)控系統(tong)

　　在(zai)工控機利用Matlab程序編寫采集和控制程序，然后下載到控制卡里面。在控制卡后，一路連接功率放大器對MFC元件進行控制，一路連接電荷放大器和連桿表面的PZT片，對連桿軸向受力進行檢測。拍動頻率固定為3Hz，MFC元件控制電壓U。曲線為：

　　實驗結果：

　　給MFC元件施加不同的驅動電壓，測得連桿表面壓電片的電荷變化曲線通過第四類壓電方程，求得連桿軸線受力變化曲線如下圖所示。由圖可見由于受到空氣阻力的影響，下拍階段，連桿的受力明顯增加，此時重力不是主要因素；隨MFC加載電壓的增加，連桿軸向力發生相位變化，正向電壓導致相位超前，負向電壓導致相對滯后：另外隨MFC元件加載電壓的增加，連桿軸向力增大，說明仿生翼氣動力增加。

圖：MFC元件對連桿軸向力的影響

　　ATA-7020高壓放大器在本實驗中的(de)作(zuo)用：提供一個可控電(dian)壓源，加到壓電(dian)元(yuan)件，研究其力學(xue)和(he)電(dian)學(xue)性能、驅動特性和(he)在仿生(sheng)翼上的(de)集(ji)成，及(ji)其對仿生(sheng)翼姿態(tai)的(de)控制。

　　安(an)泰ATA-7020高壓放大器：

圖(tu)：ATA-7020高壓放大器指標參數

　　本文實(shi)驗素材(cai)由西安安泰電子整(zheng)理發布。西安安泰電子是專(zhuan)業從事(shi)功率放大(da)器、高壓放(fang)大器、功率信號源、前(qian)置微(wei)小信號放(fang)大器、高(gao)精度電壓源、高精度電流源等電子測量(liang)儀器(qi)研發、生產和銷售的高科技企業。公(gong)司致(zhi)力(li)于功率放大器(qi)、功率信號源(yuan)、計量(liang)校準源(yuan)等產品(pin)(pin)為核心的(de)相關(guan)(guan)行業測試解決方(fang)(fang)案的(de)研究，為用(yong)(yong)戶提供(gong)具(ju)有競爭力(li)的(de)測試方(fang)(fang)案，Aigtek已經成為在業界(jie)擁有廣泛產品(pin)(pin)線，且具(ju)有相當(dang)規模的(de)儀器(qi)設備供(gong)應商，樣機都支持免費試用(yong)(yong)。如(ru)想(xiang)了解更(geng)多(duo)功率放大器(qi)等產品(pin)(pin)，請持續關(guan)(guan)注(zhu)安泰電子官網hkdyw.cn或(huo)撥打(da)029-88865020。