安泰高压放大器在驱动器驱动特性测试中的应用-电子发烧友网

实验名称：驱动器驱动特性测试

测试目的：针对球囊形DEA的结构特点和驱动要求搭建了测试平台。通过MATLAB软件控制高压放大器对球囊型DEA加电驱动，使用气压传感器记录驱动器DE球囊内部的气压变化；作为锚固结构，驱动状态下的球囊尺寸是重点关注的性能参数，使用AVT工业相机记录试验过程并得到各阶段的球囊最大半径。通过测试得到了球囊形DEA的临界电压，研究了加电电压、初始气压作为单一变量时驱动器球囊最大半径的变化规律，验证外接气腔时对驱动器球囊稳压供气、提升变形量的作用，并总结出较为理想的气压-电压匹配关系。

测试设备：高压放大器、气压传感器、信号采集卡、工业相机、计算机等。

图1：驱动器测试平台示意图

实验过程：

驱动器测试平台如图1所示，主要由电压调控、气压测量、球囊变形测量等部分构成。将驱动器样品平放在由立柱支撑的测试平面上，铝箔电极与高压放大器的电压输出端连接，驱动器底部连接软气管至三通气阀处；三通气阀另外两个出口分别连接气压传感器与单向阀，通过单向阀可以给驱动器充入气体同时防止气体泄漏。将工业相机设置于驱动器正上方，记录试验过程中球囊的形变情况，为了提高成像质量使用了照明设备。计算机连接信号采集卡，一方面用于控制高压放大器的输出电压，另一方面收集气压传感器、高压放大器等输出的信号，汇总的试验数据通过计算机软件进行分析。

介电弹性体材料的电学特性通常要求上千伏外界电压激发，普通的电源发生器无法满足要求。采用了高压功率放大器，通过计算机可以控制该高压放大器输出电压的大小、波形等参数，输出电压可达5kV(DC)或相应峰值AC，并可以远程控制电源通断确保试验安全进行；此外该高压放大器还具有测量功能，能实时检测并记录电流、电压变化，并通过信号采集卡上传至计算机。使用了Matlab软件对试验过程进行控制，Matlab可以对高压放大器施加命令流，控制其根据给定时间通断电；通过Matlab还可以读取信号采集卡传输的电信号，绘制时间、电压、电流三者之间的关系曲线，分析驱动器加电过程中的电学特性。

由于驱动器被设计为密封气囊，理想状态下装置内部气体总量可视为不变，根据理想状态气体方程：PV=nRT，可知恒温下气压变化与体积变化呈相反关系，则气压变化可以用来反映球囊体积变化。因此，气压变化也是试验的重要参数之一。

图2：气压测量设备(a)气压传感器(b)气压传感器电源

选用了压力传感器，如图2(a)所示。该传感器电源供应为直流5V，采用图2(b)中的小型电源进行供电。按照产品说明书进行了电源线、信号线的接线，信号线连接至信号采集卡将气压传感器采集到的信号转换并输送给计算机。该传感器量程为±5PSI（即±34.475kPa），测量误差为±0.01kPa，量程与精度都满足试验要求。该气压传感器测量值为两端口的气压差，试验过程中仅使用一个端口即可，得到的气压值即为大气压与球囊内部气压的差值。

实验结果：

图3：AVT工业相机

气压变化可以反应出总体积变化，但还需要测量加电前后驱动器球囊的半径变化作为驱动器锚定性能的参考。采用了AVT工业相机从俯视方向记录试验加电过程，如图3所示。使用软件对相机拍摄进行编程控制，在高压放大器开始加电的同时开始拍摄，断电后2s结束拍摄。

对采集到的试验图像进行处理：首先选取加电前和加电后稳定状态的球囊图像，利用PhotoShop软件进行批处理截取出相同位置和尺寸的图片，要求包括清晰的整个球囊形貌；然后使用ImageJ软件对图像进行二值化处理，让球囊边缘与非球囊部分形成明显的灰度对比，使用工具选取球囊边界区域，如图4所示；利用ImageJ的灰度统计功能可以计算出黄色线包围区域的像素点总数，随后与中心磁片区域的像素点总数对比，即可得到球囊面积与中心磁片面积的比值关系。已知磁片的实际面积为16πmm2，可以轻松推算出球囊的实际面积大小，进而得到球囊半径的估测值。

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