10 nm的位置精度液压材料试验系统[中文2778字].docx
10 nm的位置精度液压材料试验系统[中文2778字]
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10 nm的位置精度液压材料试验系统[中文2778字],10,nm,位置,精度,液压,材料,试验,实验,系统,中文
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in to in to in of #m. in a of m. be by of of of as as an of 0 nm up .3 mm/s. or in kN MN to be of in of in (1) (2) of (3) in of 0 kW be 00 is of 00 of of up to in . is by of #m, is by in of by of by in by in By in be of 5 in of of 0be m in 00 Hz a at 0 0 Hz at 00 /m. is .5 x 10- of to be in .1 nm/be on of of to m. m 0 kN be 00 V. of he of . or , 3 kV to -/tm be by of as 1. F he of is by at 1 0a 00 V is ). in 1. by as to or be of as of 2). On be by 202). do of a is of is of 0 a By is 0 kN be to 0 kN to of N. No on of is of 00 is 0 a of of of on is by a at a of m/, is by i. of e= is 3). of is an a of is at 00 Hz by to of to be to of of as as to of of U, of be of of in U, = U,- U. = U,- U- U. U2 is to of of to of is to in is to to of , , on of is s is by a. Up , as is 3, is of of as of P1 is as , a 0 Hz an n. 1 no in no of of U . he a be up 00 V at 00 0 mA a be to 4 A 8 is to a a 200 W :40 an 3 In a is 0 k9 of by a 00. It a in 80 is by a C in R 3). he in a .2 m/s 0 of W 0,5 -5 W. to be at a 00 m. at m , of at a , It is is of of in 00 Hz 0 . a of .3 s, of _ m is be by at .3 mm/s, at U, at or to at .3 mm/s, of is 1)of be to m 0 0 if of no 00 mm/s. (2)a of 5045a to of (3) A 0 nm a 50 kN at of up .3 mm/s. 10 位置精度液压材料试验系统 使用压电晶体以便电气补偿水力材料测试系统中的不可控活塞运动 作者： 彼得纽曼 摘要 - 由于固有的缺陷，主要在伺服阀中，水力材料测试系统的活塞通常在规定位置附近波动 1 #m。 液压轴承在缸体中，同时仔细选择油温和压力可以将精度提高到 m。 通过借助于压电晶体的电控膨胀来补偿这些不期望的运动可以实现进一步的改进。 描述了压电晶体以及电控制电路的机械设计。 使用原型系统，对于达到 s 的活塞速度，获得好于 10精度。 介绍 为了材料测试的目的，必须提供从 1 1围内的大的力。 过去使用了三种不同类型的力量生成： 过去已经采用了力生成的类型： （ 1） 电机驱动齿轮 （ 2） 电动振动器（即大型电动扬声器） （ 3） 液压系统 在结合流体放大器的控制阀的开发之后，具有产生大力的效率的液压系统变得特别有吸引力。 通过这些伺服阀，能够在 0 200频率范围内任意地控制10上的机械功率。 该速度刚好足够用于机械测试，因为样品和夹具组件的不可避免的机械共振出现在约 300上。 这种最佳速度和容易产生大的力到围的组合使得现 代液压系统比类型 1 和 2 优越。 然而，通过由液压缸和伺服阀的第一级中的摩擦力确定的通常为 1m 的相对较差的定位精度，通过液压流体的污染，通过湍流在伺服阀，以及油压的波动。通过在气缸中使用液压轴承，可以完全避免摩擦。对产生压力油的泵和连接的阀的仔细调节减小了压力波动，并且充分冷却保持油温度低于 45，这大大减少了伺服阀中的湍流。通过所有这些预防措施，我们的 50 统的定位精度可以在 0 到 200 频率范围内提高到 m，最大值约为 10 10 满载时可能的最大幅度为 800 / m。因此， 最大噪声幅度仅为最大可能幅度的 10 似乎是可用阀门可获得的极限。 然而，许多应用需要更好的分辨率。 例如，在疲劳实验中，周期的裂纹扩展速率。 因此，压电晶体安装在液压缸的活塞的顶部，以补偿其剩余的不可控的位移 m。 压电晶体理想地适合于此任务，因为在50位移可以用市售晶体尺寸和低于 500V 的电压获得。 压电晶体的设计和安装 两种市售压电材料的物理性质列于表 1 中。压电常数给出每个电场或位移 /电压的应变。 根据表 1，需要 3产生 1 / 移 。 通过堆叠相反极性的晶体并施加如图 1 所示的驱动电压，可以容易地减小该大电压 。 表 1堆叠的高度由最大电场确定，在该最大电场下滞后损耗仍然是可容许的。由于使用低滞后材料 1，并且可用的最薄板是直径为 50 3圆盘， 500 1） 。以图 1 所示的方式堆叠十四个晶体。通过 的圆形铜箔将晶体彼此分离。箔片用于防止由于灰尘或表面不规则引起的应力集中。此外，电压承载线可以容易地焊接到箔的窄鼻部上，由此其也用作晶体的镀银端面的接触。堆叠位于活塞头和基板之间（图 2）。在后者上，可以安装夹持组件。基板和活塞头由六个直径为 6 毫米和长度为 120 毫米的高强度螺栓连接（图 2）。当施加电压时，六个螺栓不会明显地阻碍叠层的伸展和收缩，因为所有六个螺栓一起的柔量是晶体叠层的柔度的十倍。因此，预加载的叠层比自由膨胀的叠层仅伸长 10。通过螺栓，晶体叠层被 预加载两倍的最大拉伸载荷 50可以在操作期间施加到基板。与 50最大压缩力与该预载荷相比保持较小。由于晶体的居里温度为 300，油温仅为 50，所以不需要活塞侧的热隔离 控制电路 图 3 示出了控制电路的框图 安装在液压活塞上的堆的顶部的实际位置由 载波频率放大器以 100 m / 10生电压 期望的位置由电压 出。 在液压系统的控制放大器内，误差信号 图 3）。 为了控制压电晶体，该误差信号通过积分器和高压放大器馈送到压电晶体中。 在液压关闭和液压活塞锁定的情况下，选择该积分控制器的增益，使得刚好避免振荡。 这些约 300振荡是由于压电叠堆和相关联的机械组件的机械谐振的相移而产生的。 压电堆和相关的机械组件。 必须特别注意压电晶体和液压系统的控制动作的解耦。 为了获得最佳性能，液压系统应使活塞尽可能靠近所需位置，而与压电晶体的作用无关。 因此，驱动液压系统的阀放大器的误差信号 U 应该与压电晶体的动作无关。 在压 电晶体工作时，以下等式成立： U, = U,- U. = U,- U- U. 由于活塞头的运动对堆的顶部的测量位置的贡献。 相应地， 由于堆叠中的应变引起的贡献，其与施加到堆叠的电压 比例： 由于项 U i，电压 U 取决于压电晶体的作用，因此不适于驱动液压控制放大器。 当通过添加 a 取消临界项时。 直到 U，如图 1 所示。 如图 3 所示，所得到的电压 U 与压电晶体的作用无关，并且当用作液压控制放大器的误差信号时，保证了对于所有频率的两个控制回路的完全去耦。 下调整。 使用 U， 50 电压与三角波形和这样的幅度，压电电压，上升，很好进入饱和。 监视 U n。 设置 P 1，使得在 U 波形中不出现扭结，示出没有压电晶体的动作的指示进入液压控制放大器。 表 2 - 出电压中的峰 - 峰值波动 高电压放大器 堆叠表示容量为 必须在 0 至 200频率下加载高达 500V。这需要 60 种高压功率放大器不容易获得。避免了使用高压晶体管的直接放大，因为所需的电压将太接近它们的最大额定值。相反， 4。 18 方波用于通过关截断输入电压。斩波电压和斩波信号都通过市售的 2 200 W 正弦波输出的双立体声放大器功率放大到 8 欧姆。两个 1:40 铁氧体变压器产生高压正弦波，输出阻抗为 13 。在环形解调器中，获得放大的原始信号。 10 解调器阻抗以及堆叠的容量将载波频率纹波降低了 100 倍。它还在 180 频率响应中产生滚降。这通过积分器中的微分 络（图 3 中的 R 和 C）来补偿。 结果 将所述压电叠堆安装在 50 s）。 发现 5节剂（来自 3信噪比在 100 的灵敏度下是最佳的 m。 在 性固定在其中间位置时， 峰 - 峰变化在表 2，第 1 行中针对各种频率范围给出。 第 2 行显示当 且液压打开时的相应图。 显然，测量的噪声仅为 独的噪声的约两倍，并且活塞在 0 至 100围内的移动远低于 10 每当变化的 U 规定活塞速度大于 s 时，液压系统的滞后变得大于 m，这是压电晶体可以补偿的最大值。 因此，在活塞速度高于 s 时，压电晶体处的电压 U n 保持在其最大值或最小值，因此压电晶体不再有助于控制。 因此，在高于 s 的速度下，获得没有压
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