高压放大器在DE材料的动力学分析中的应用

实验名称：DE材料的动力学分析

测试目的：DE材料驱动实验过程中，除了静态变形，也会应用于需要承受循环载荷的场合。例如仿生鱼尾摆动和爬行机器人爬行前进。因而需要对材料在交变电压下的动态性能进行研究。在结构动态特性研究中，固有频率是其关键特性。基于虚功原理对薄膜驱动器面内振动进行分析。

测试设备：高压放大器、函数发生器、激光传感器、数据采集卡等。

实验过程：

实验方案应用双轴拉伸平台，采用预拉伸倍数为300%*300%的矩形DE致动器做为实验对象，对正弦电压下的变形性能进行测试。首先利用函数发生器设置低压控制信号的波形、频率等参数，并通过高压放大器放大电压信号，并施加在矩形致动器两侧。涂有电极的区域在交流电压下发生往复运动带动辅助检测片同步变形。然后利用激光传感器测量辅助检测片的位移，并通过数据采集卡采集数据，最后通过Labview软件绘制数据波形，其采样频率设置为1000Hz。图2为使用峰值6000V电压，1Hz交变电压驱动下DE致动器的位移输出响应曲线。相比6000V直流电压，最大位移输出基本相同。随着频率的增加，位移逐渐减小。并可以看出响应位移也存在滞后现象，但不如高频影响下明显。另外响应曲线波峰和波谷有一定偏差，和上文仿真图形相同，可以看出是关于波谷的对称曲线，波峰略尖，这主要是由DE材料自身较强的非线性因素影响，在高电压下材料变形增大，导致各电压区段变形不一致引起的。

图1：在致动器上施加1Hz正弦激励的响应曲线

实验结果：

与直流电压一致，通过提升电压和预拉伸倍数同样能提高驱动器的振幅。对于需求快速行进的的操作器，例如爬行机器人，可以通过在低频范围内提升频率来加快爬行速度，但从实验中发现只改变频率不改变幅值对致动器平衡位置影响不大，这主要是因为在低频段单位时间内能量变化不明显导致。

对DE材料在交流电下的响应特征进行分析研究，发现粘弹性对动态特性影响非常严重，频率升高会因为致动器的滞后特性反而使振幅下降。

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审核编辑 黄宇