實驗名稱：靜電懸浮位置檢測與控制技術

　　測試目的：根據Earnshaw定理，靜電場不存在最小三維靜電勢，所以要實現樣品的穩定必須結合負反饋控制系統。要進行材料特性研究，還需要對材料樣品進行加熱與測溫，因此還需配備加熱和測溫設備。所以，下文對靜電懸浮實驗裝置中位置檢測與控制、加熱與溫度檢測技術進行介紹。

　　測試設備：高壓放大器、位置控制器、探測器等。

　　實驗過程：

　　圖1：靜電懸浮位置檢測與控制結構圖

　　靜電懸浮位置检测与控制结构如图1所示。系统包括位置检测单元、处理控制单元、高壓放大器及电极结构。位置检测单元使用PSD作为传感器，获得悬浮样品的位置信号。处理控制单元对测量到的位置信号进行滤波处理并根据处理后的位置信号进行PID控制运算，将输出的控制信号传给高壓放大器，高壓放大器根据输入的信号控制输出高壓，输出的高壓加载到电极板上下电极，通过改变带电样品所受到的电场力调整悬浮样品的运动，实现对悬浮样品的悬浮控制。

　　位置檢測單元采用陰影法實現懸浮樣品的位置測量，使用能量均勻的平行光照射到整個PSD的感光面上，若被測物體在PSD的前方，那麽被測物體的陰影就會留在PSD上。如果光斑能量分布均勻，那麽光斑重心位置同陰影位置線性相關，對PSD的測量信號進行反向放大即可得到懸浮小球的位置信息。要獲得懸浮樣品的三維位置信息，需要兩片PSD平行z軸擺放並相互垂直。如圖2所示，其中一片PSD檢測懸浮材料的（x，z）坐標，另一片檢測懸浮材料的（y，z）坐標，當兩片PSD同時檢測時即可獲得懸浮材料的（x，y，z）坐標。

　　圖2：位置檢測結構示意圖

　　實驗結果：

　　重點分析介紹了靜電懸浮實驗裝置中懸浮樣品位置檢測與控制技術，靜電懸浮實驗樣品的位置檢測與控制是懸浮實驗的關鍵，實驗裝置中使用位置敏感探測器(PSD)進行樣品位置的測量，使用PID控制算法對加載到電極板上的高壓進行調節實現實驗樣品的穩定懸�。桓鶕�懸浮材料實驗情況及空間實驗情況介紹了使用PSD進行位置測量時存在的缺陷，並提出了使用CCD進行樣品位置測量的方法。

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　　圖：ATA-7050高壓放大器指標參數

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