實驗名稱：圓柱驅動器的設計與性能測試

　　研究方向：基于介電彈性體的工作原理，設計了一種圓柱驅動器，在理論分析、結構設計、加工制作和具體應用等方面進行了闡述與分析,。以VHB4910薄膜為介電彈性體材料，采用超彈性模型--Yeoh模型和Ogden模型，分別對圓柱驅動器的電致變形過程構建數(shù)學理論模型,，分析了預拉伸率、加載電壓等因素對驅動器的驅動性能(軸向應力、電致變形能力)的影響,。以VHB4910薄膜為介電彈性體材料,，采用超彈性模型--Yeoh模型和Ogden模型，分別對圓柱驅動器的電致變形過程構建數(shù)學理論模型,，分析了預拉伸率,、加載電壓等因素對驅動器的驅動性能(軸向應力、電致變形能力)的影響,。并且為了研究圓柱驅動器的安全可靠的工作空間,，從熱力學理論Helmholtz自由能函數(shù)出發(fā)，以Ogden模型為基礎,，對驅動器工作過程中的四種失效模式--機電失穩(wěn),、電擊穿、張力失穩(wěn),、極限拉伸斷裂,，進行數(shù)值分析求解，得到了驅動器的有效工作空間,，為驅動器的設計提供了理論依據(jù),。

　　實驗目的：對圓柱驅動器工作過程中的漏電現(xiàn)象建立了等效電路模型，對模型中的參數(shù)提出了測量方法,，并采用實驗測定的方法對漏電電流進行測量,，驗證所設計的圓柱驅動器，通過實驗對理論數(shù)據(jù)進行實際測試,。

　　測試設備：測試系統(tǒng)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，電壓調節(jié)范圍為±10kVp電流輸出范圍為0-2mA,，額定功率為20W可通過電源本身調節(jié),，也可以通過計算機遠程控制，工作穩(wěn)定性可以達到小于0.1%h,。電動立式單柱測試臺內置傳感器,，精度為士0.5%，最大負荷為100N,，最大位移行程為580mm,，拉伸速度為0.5mm/s。驅動器的主要性能指標有:輸出位移AL,、輸出力AF,、臨界擊穿電壓AU,、疲勞強度等。

圖：實驗測試裝置

　　實驗過程：為了更直觀的了解驅動器的漏電現(xiàn)象,，因此檢測圓柱驅動器加載電壓過程中的電流變化來研究其漏電電流,，泄漏電流的檢測實驗原理圖和實驗測試如圖2所示。實驗過程中,，將一個大電阻與驅動器串聯(lián),，對串聯(lián)電路加載不同傾斜率的斜坡電壓，打開開關,，用示波器檢測串聯(lián)電阻R上的電壓變化,，經過換算后即為串聯(lián)電路中的電流，具體操作過程如下:

　?、賹Ⅱ寗悠鞴潭ㄔ跍y試平臺上,，緩慢移動測試平臺，每次拉伸的距離為L;

　?、诒３治恢闷胶夂?，測量圓柱驅動器在當前位置的電容值;

　　③對驅動器施加斜率200V的斜坡電壓,，直至升壓至目標電壓,，并保持一段時間;

　　④用示波器測量施加斜坡電壓過程中電阻R上的電壓變化U(t),，計算漏電電流;

圖2：泄漏電流的檢測實驗原理圖

　　實驗結果：在實驗過程中,，使用的示波器模擬帶寬為100MHz，采樣頻率為1GS/s,，可以實現(xiàn)快速采樣,，采用的高壓探頭為1000:1，防止高壓對示波器的損壞,。

　　目標電壓分別為1kV,、3KV、4.5KV,，電路中串聯(lián)的大電阻R為高電阻，電阻值為10兆歐,，在檢測時圓柱驅動器保持一段時間(10s),，處于靜止狀態(tài)，因此電容是恒定的,，測量值為C-2.4nF,。

　　圖4-7、圖4-8,、圖4-9分別為目標電壓1kV,、3KV,、4.5KV時的泄洞電流檢測結果。從圖中可以看出,，漏電電流有一定的波動性,，這是由于電壓發(fā)生變化時驅動器軸向伸長，結構會發(fā)生微小的改變,，并且實驗過程中有外在環(huán)境的影響,，因此采集到的數(shù)據(jù)有一定的波動。對比三幅圖可以看出,，加載電壓的大小雖然不同,，但是泄電流的變化趨勢是一樣的，說明驅動器在加載電壓過程中存在著電流泄露,，并且隨著電場強度的增加,，泄漏電流越明顯。

　　泄漏電流i可由泄漏電流密度j乘以柔性電極的有效區(qū)域A得到,。A為柔性電極的有效區(qū)域,，A≈2500mm，泄漏電流密度j根據(jù)公式計算,，通常取o=3.23x0.0004S/m,，Ee=40MV/m，根據(jù)理論公式計算出的理論泄漏電流為圖中所示,。

　　?高壓放大器推薦：ATA-7100

圖：ATA-7100高壓放大器指標參數(shù)

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