实验名称：基于螺旋电极扭转驱动器的冲击式旋转压电马达性能测试

　　测试目的：为了测量压电马达的一些力学特性，我们设计了实验测量装置和实验机构，主要对压电马达的转速与电压的关系、转速与频率的关系进行了测量，并对压电马达的一些力学特性进行了测量。

　　测试设备：高压放大器、数字示波器、信号发生器、激光多普勒测振仪、激光测微仪等。

　　实验过程：

　　图1：压电马达转速测量装置

　　压电马达的转速测量装置如图1所示，其中数字合成信号发生器产生锯齿波驱动信号，数字合成信号发生器可以根据需要输出符合频率要求、-10V~10V幅度可调、从三角波到锯齿波的信号波形，该信号发生器可以方便的设置输出信号。通过高压放大器将锯齿波信号放大，该放大器可以满足压电陶瓷纤维扭转驱动器的驱动要求，经过放大器的锯齿波信号就可以用来驱动压电陶瓷纤维扭转驱动器了。

　　压电马达的步进特性是通过多普勒激光测振仪，该测振仪由光学检测部、观察部、试料台、速度信号处理部、稳频激光器五部分组成，可以测量Z轴和X轴的目标物体的运动速度。在测量压电马达步进特性是使用的是X轴测量，如图1所示，激光头垂直照射在负载光轴上，并使光点聚焦在光轴表面，当负载光轴被压电马达带动旋转是，可以认为一个平面在X轴方向移动，这样就可以采集数据，经过速度信号处理部输入到计算机，就可以得到压电马达步进特性的数据。X轴测量时的分辨率分两档：4nm和40nm，最大测定速度分别为40mm/Sec和400mm/Sec，在测量时选择4nm分辨率。因为激光多普勒测振仪在测量横向速度时需要被测量物体的表面有一定的光洁度，因此测量前要对测量负载光轴进行抛光；实际测量时，激光多普勒测振仪探测到的是物体表面漫反射光，因此被测量表面也不能太光滑，否则得不到信号。测量时压电马达放在微动平台上，结合调整激光多普勒测振仪的激光头，使激光垂直地照射在负载光轴的表面，调整仪器各项参数，就可以对压电马达的步进特性进行测量了。将测量的信号用计算机采集并对数据进行存储和处理，就可以得到压电马达的相关步进特性的曲线。

　　实验结果：

　　（A）调频步进特性

　　图2：调频步进特性曲线

　　图2为在Vpp=600V时不同驱动频率下激光多普勒测振仪测得的一组压电马达扭转角特性曲线，反映了压电马达的调频步进特性。测量频率点分别为f=1Hz、f=10Hz、f=100Hz、f=1kHz。将每个步进分成前进和回撤两个过程，前进角减去回撤角就是步进角。测量结果发现，在不同频率下步进角是一样的，每个步进大约0.063°。

　　（B）调幅特性

　　图3：调幅步进特性曲线

　　图3为在f=30Hz时不同驱动电压下激光多普勒测振仪测得的一组压电马达扭转角特性的曲线，反映了压电马达的调幅步进特性。测量点有Vpp＝400V、Vpp＝600V、Vpp＝800V、Vpp＝1kV。图中可以清楚地看到，当驱动电压越高时马达的步进角越大。马达在完成8次步进之后旋转过的角度分别为0.317°、0.913°、1.689°、2.231°，驱动电压幅度差值与旋转角差值有线性关系，比例因子为4×10^-4°/V。在测量过程中还发现，当驱动电压峰-峰值小于360V的条件下压电马达不能正常工作。克服轴承的阻力可能是导致压电马达不能工作的主要原因。

　　高压放大器推荐：ATA-7015

　　图：ATA-7015高压放大器指标参数

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