高压功率放大器三维超声椭圆振动平台的测试应用

 

　　图1：振动平台样机

　　实验名称：高压功率放大器三维超声椭圆振动平台的测试应用

　　研究方向：三维超声椭圆

　　测试设备：ATA-2082功率放大器、压电陶瓷片、压电叠堆、电容传感器探头、测振仪、数据采集卡

　　实验内容：以共振频率为约束条件设计了非共振型三维椭圆振动辅助加工平台，实现了频率、振幅、相等振动参数的可调性。以工作行程为目标的位移放大机构设计，基于该位移放大机构，设计出大行程解耦微定位平台，运用理论建模与数值仿真的方法分析微定位平台的静动态特性，最终通过性能测试验证所设计的振动平台和微定位平台的定位精度。

 

　　图：振动平台性能测试设置

　　实验过程：

　　振动平台样机如图1所示，样机柔性机构部分采用电火花线切割慢走丝制造而成。振动平台性能测试设置和系统示意图分别如图所示，振动平台x、y、z三个方向分别采用1个单层压电陶瓷片进行驱动。利用双通道高频电压放大器提供陶瓷片驱动所需的高频电压，放大器可产生的电压范围为-400V~400V，最大输出频率为150kHz(-3dB)。

　　图：振动平台性能测试系统示意图

　　利用测振仪来检测振动平台的振动信号，分别在振动平台进行一维、二维振动时，采集装置的输出位移。其中测振的最大测量频率可达2.5MHz，位移分辨率精度可达50fm。通过数据采集卡收集测振仪输出的电压信号，采样率可达到1.25MS/s。

　　首先由信号发生器产生从500Hz∼50kHz的频率变化的正弦信号，然后通过ATA-2082电压放大器施加到压电陶瓷片上，其次采用数据采集卡采集压电陶瓷片驱动轴的输出位移情况，最后基于MATLAB软件对输出位移情况施行傅里叶变换，即可获得该压电陶瓷片驱动轴的共振频率曲线。

 

　　实验结果：

　　图：实验测试结果

　　测试结果如图所示，x/y/z轴的一阶固有频率分别约为33.69kHz、33.75kHz和34.09kHz，均小于理论计算和有限元仿真结果。主要原因是三维椭圆振动加工平台上附加了垫片（铝板）质量，导致振动平台的等效质量增加；其次振动平台在整体装配会由于整体质量的增加，其频率会有所降低。不过所测量的振动平台各个轴的固有频率相对于实际要求的工作频率仍有较大距离，可以满足加工的需求。