實驗名稱：驅動器驅動特性測試

　　測試目的：針對球囊形DEA的結構特點和驅動要求搭建了測試平台。通過MATLAB軟件控制高壓放大器對球囊型DEA加電驅動，使用氣壓傳感器記錄驅動器DE球囊內部的氣壓變化；作爲錨固結構，驅動狀態下的球囊尺寸是重點關注的性能參數，使用AVT工業相機記錄試驗過程並得到各階段的球囊最大半徑。通過測試得到了球囊形DEA的臨界電壓，研究了加電電壓、初始氣壓作爲單一變量時驅動器球囊最大半徑的變化規律，驗證外接氣腔時對驅動器球囊穩壓供氣、提升變形量的作用，並總結出較爲理想的氣壓-電壓匹配關系。

　　測試設備：高壓放大器、氣壓傳感器、信號采集卡、工業相機、計算機等。

　　圖1：驅動器測試平台示意圖

　　實驗過程：

　　驅動器测试平台如图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。将驅動器样品平放在由立柱支撑的测试平面上，铝箔电极与高壓放大器的电压输出端连接，驅動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，通过单向阀可以给驅動器充入气体同时防止气体泄漏。将工业相机设置于驅動器正上方，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，一方面用于控制高壓放大器的输出电压，另一方面收集气压传感器、高壓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。采用了高壓功率放大器，通过计算机可以控制该高壓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；此外该高壓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可以对高壓放大器施加命令流，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，分析驅動器加电过程中的电学特性。

　　由于驅動器被設計爲密封氣囊，理想狀態下裝置內部氣體總量可視爲不變，根據理想狀態氣體方程：PV=nRT，可知恒溫下氣壓變化與體積變化呈相反關系，則氣壓變化可以用來反映球囊體積變化。因此，氣壓變化也是試驗的重要參數之一。

　　圖2：氣壓測量設備(a)氣壓傳感器(b)氣壓傳感器電源

　　選用了壓力傳感器，如圖2(a)所示。該傳感器電源供應爲直流5V，采用圖2(b)中的小型電源進行供電。按照産品說明書進行了電源線、信號線的接線，信號線連接至信號采集卡將氣壓傳感器采集到的信號轉換並輸送給計算機。該傳感器量程爲±5PSI（即±34.475kPa），測量誤差爲±0.01kPa，量程與精度都滿足試驗要求。該氣壓傳感器測量值爲兩端口的氣壓差，試驗過程中僅使用一個端口即可，得到的氣壓值即爲大氣壓與球囊內部氣壓的差值。

　　實驗結果：

　　圖3：AVT工業相機

　　气压变化可以反应出总体积变化，但还需要测量加电前后驅動器球囊的半径变化作为驅動器锚定性能的参考。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，在高壓放大器开始加电的同时开始拍摄，断电后2s结束拍摄。

　　對采集到的試驗圖像進行處理：首先選取加電前和加電後穩定狀態的球囊圖像，利用PhotoShop軟件進行批處理截取出相同位置和尺寸的圖片，要求包括清晰的整個球囊形貌；然後使用ImageJ軟件對圖像進行二值化處理，讓球囊邊緣與非球囊部分形成明顯的灰度對比，使用工具選取球囊邊界區域，如圖4所示；利用ImageJ的灰度統計功能可以計算出黃色線包圍區域的像素點總數，隨後與中心磁片區域的像素點總數對比，即可得到球囊面積與中心磁片面積的比值關系。已知磁片的實際面積爲16πmm2，可以輕松推算出球囊的實際面積大�。�進而得到球囊半徑的估測值。

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　　圖：ATA-7050高壓放大器指標參數

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