高壓放大器在單電極橫向壓電變形鏡中的應(yīng)用

實(shí)驗(yàn)名稱：變形鏡驅(qū)動(dòng)器應(yīng)變與鏡面位移測(cè)試實(shí)驗(yàn)

測(cè)試設(shè)備：變形鏡、高壓放大器、波面干涉儀、基恩士激光位移傳感器和實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)。

圖1：粘接應(yīng)變花的單電極變形鏡

實(shí)驗(yàn)過(guò)程：

搭建了橫向壓電變形鏡面形和鏡面位移測(cè)試系統(tǒng)，在開(kāi)環(huán)狀態(tài)下，dSPACE輸出信號(hào)參考信號(hào)ur(t)，經(jīng)高壓放大器進(jìn)行放大，作為變形鏡輸入信號(hào)，驅(qū)動(dòng)變形鏡運(yùn)動(dòng)。閉環(huán)狀態(tài)下，經(jīng)應(yīng)變放大器放大的應(yīng)變花信號(hào)S(t)與ur(t)進(jìn)行比較，MATLAB/Simulink的PID控制器進(jìn)行相應(yīng)的控制[133]，輸出信號(hào)為uc(t)。波面干涉儀可測(cè)試變形鏡鏡面的變形。利用MATLAB將應(yīng)變數(shù)據(jù)S(t)帶入預(yù)測(cè)模型進(jìn)行計(jì)算，與實(shí)測(cè)的面形進(jìn)行對(duì)比，得到模型的預(yù)測(cè)精度。同時(shí)，鏡面的最大變形量信號(hào)x(t)通過(guò)位移傳感器由dSPACE采集，可進(jìn)行非線性誤差校正實(shí)驗(yàn)。

圖2：集成應(yīng)變反饋層的單電極變形鏡測(cè)試系統(tǒng)

實(shí)驗(yàn)結(jié)果：

圖3：變形鏡驅(qū)動(dòng)器應(yīng)變和鏡面位移測(cè)試

上圖是零輸入狀態(tài)下應(yīng)變測(cè)試結(jié)果。在短時(shí)間內(nèi)應(yīng)變花每一片的應(yīng)變均在±1με內(nèi)。這種波動(dòng)主要由放大器中的噪聲干擾所致，屬于系統(tǒng)誤差范圍。上圖(b)是電極通100V狀態(tài)下得到的應(yīng)變花反饋的應(yīng)變，測(cè)試時(shí)間5min。加載階躍信號(hào)前后應(yīng)變花的三片變化狀態(tài)一致，應(yīng)變平均值分別為34.20με、35.78με與34.65με，三者之間誤差最大只有0.58με。這表明應(yīng)變花每一片反饋的應(yīng)變較為均勻，應(yīng)變花的粘接位置對(duì)稱性較好。蠕變過(guò)程的爬升量較小，穩(wěn)定后的波動(dòng)范圍在3με之內(nèi)，體現(xiàn)了應(yīng)變花的長(zhǎng)時(shí)穩(wěn)定性。上圖(c)是位移傳感器測(cè)得的鏡面中心位置的位移信號(hào)，PV值約為2.50μm，且同應(yīng)變的變化過(guò)程一致。

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審核編輯 黃宇