超聲電機(jī)測試研究綜述
張建瓴1，可欣榮1，王文婷2，魏德仙1，張鐵民1
（1．華南農(nóng)業(yè)大學(xué)南方農(nóng)業(yè)機(jī)械與裝備關(guān)鍵技術(shù)省部共建教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣州510642;2．河北師范大學(xué)物理科學(xué)與信息工程學(xué)院電子信息工程系，石家莊050031）
摘要：超聲電機(jī)技術(shù)參數(shù)的測量對其研究有重要意義，但由于超聲電機(jī)的測試參數(shù)和測試項(xiàng)目較多，目前國內(nèi)外出現(xiàn)的測試手段、方法及測試系統(tǒng)也就五花八門，概括起來，這些測試主要集中在定子參數(shù)及模態(tài)測試、瞬態(tài)特性測試、電參量測試、機(jī)械特性測試、噪音和壽命測試等方面。文章對目前國內(nèi)外超聲電機(jī)測試研究進(jìn)行了綜述，并針對現(xiàn)有測試系統(tǒng)存在的弊端，提出了一種基于虛擬儀器的超聲電機(jī)測試系統(tǒng)方案，該系統(tǒng)可方便完成多種參數(shù)和特性的測量，將是未來超聲電機(jī)測試系統(tǒng)發(fā)展的一個(gè)方向。
關(guān)鍵詞：超聲電機(jī)；測試系統(tǒng)；虛擬儀器；labview
中圖分類號：tm359. 9 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：a 文章編號：1001-6848(2010)05-0080-06
0引 言
在超聲電機(jī)研究中性能參數(shù)的測試與試驗(yàn)研究具有重要的意義，國內(nèi)外的研究者也都非常重視超聲電機(jī)的試驗(yàn)與測試工作，事實(shí)上許多研究文獻(xiàn)都附有試驗(yàn)及測試數(shù)據(jù)。但由于超聲電機(jī)的測試項(xiàng)目較多，對測試系統(tǒng)的要求也較高，因此，目前對超聲電機(jī)許多重要參數(shù)指標(biāo)還沒有進(jìn)行綜合測試和評價(jià)的通用測試裝置，為了能對已有的超聲電機(jī)技術(shù)參數(shù)做出檢測，定性并定量出超聲電機(jī)的性能好壞，各超聲電機(jī)研究單位大都是自己研發(fā)具有特定作用的測試系統(tǒng)，這些測試系統(tǒng)多存在功能單一，開發(fā)周期長，投資大等缺點(diǎn)。因此，研究簡單實(shí)用多功能的超聲電機(jī)測試系統(tǒng)是未來超聲電機(jī)發(fā)展的一個(gè)迫切要求。本文對目前國內(nèi)外的超聲電機(jī)測試研究進(jìn)行了綜述。
1超聲電機(jī)測試研究現(xiàn)狀
1.1定子參數(shù)及模態(tài)測試
超聲電機(jī)定子參數(shù)及模態(tài)測試主要是對定子的參數(shù)和動(dòng)態(tài)特性，如定子的導(dǎo)納、阻抗、共振頻率及振型等的測試。因?yàn)樵诔曤姍C(jī)中要激發(fā)起定子彈性體的高頻微幅共振，并通過摩擦作用將這種微米級振動(dòng)轉(zhuǎn)換為宏觀的轉(zhuǎn)動(dòng)或直線運(yùn)動(dòng)。因此，定子彈性體的動(dòng)態(tài)特性（共振頻率、振型振幅）等對超聲電機(jī)的研究來說就十分重要，特別是對超聲電機(jī)定子結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，壓電陶瓷分區(qū)極化的****配置及超聲電機(jī)效率的改善等研究有很大的幫助[2-3]。
在國外，takashi maeno等人使用激光多普勒儀對一類環(huán)形超聲電機(jī)的定、轉(zhuǎn)子接觸區(qū)域內(nèi)的動(dòng)態(tài)切向、法向位移和速度進(jìn)行了測量。nish-ikura y等人利用頻閃相移干涉儀測量了超聲電機(jī)啟動(dòng)時(shí)定子的瞬態(tài)振動(dòng)，該干涉儀由一個(gè)多狀態(tài)的半導(dǎo)體激光二極管和一個(gè)光頻隔離器實(shí)現(xiàn)，對測量超聲電機(jī)的瞬態(tài)振動(dòng)有一定幫助。文獻(xiàn)[7]利用激光振動(dòng)儀構(gòu)造了一個(gè)測試裝置，可以對定子的振動(dòng)特性做出測試。tsukimoto t等人則使光電位移法對超聲電機(jī)的定、轉(zhuǎn)子接觸特性進(jìn)行了測量。takefumi 等人利用多普勒激光振動(dòng)計(jì)測出了一種微型超聲電機(jī)定子的振動(dòng)速度，得到了振動(dòng)速度和頻率、振動(dòng)速度和輸入電壓的關(guān)系曲線。并通過電機(jī)拖動(dòng)負(fù)載測得了這種微型超聲電機(jī)的靜態(tài)扭矩，同時(shí)還開發(fā)了一種用來測試轉(zhuǎn)速和預(yù)緊力關(guān)系的實(shí)驗(yàn)裝置，該裝置利用一個(gè)激光計(jì)數(shù)器測出r超聲電機(jī)的轉(zhuǎn)速，并通過測量表征預(yù)緊力變化的彈簧長度的變化，得到了超聲電機(jī)轉(zhuǎn)速和預(yù)緊力的關(guān)系。
在國內(nèi)，賈書海等人構(gòu)建了一個(gè)數(shù)字散斑振動(dòng)測量系統(tǒng)，對一種圓柱形超聲電機(jī)定子的振動(dòng)模態(tài)進(jìn)行了測量，得到了定子的振動(dòng)形態(tài)和振幅。同樣使用激光散斑干涉技術(shù)對超聲電機(jī)定子振型進(jìn)行測量的還有文獻(xiàn)[3，11 ，12]等。顧菊平等使用bt -4低頻頻率特性測試儀對所開發(fā)超聲電機(jī)定子進(jìn)行了阻抗特性測試，并使用電子散斑測振方法對定子的振型進(jìn)行了測量。該文還使用高頻功率表cp320、手持式光電轉(zhuǎn)速表等對所研制的超聲電機(jī)的輸出特性進(jìn)行了測量，得到了速度一轉(zhuǎn)矩、效率一轉(zhuǎn)矩等關(guān)系曲線。
由于超聲電機(jī)定子的諧振頻率在20 khz以上，因此使用高頻掃描激光測振儀器對定子振型進(jìn)行測量就是一種較好的方法。趙淳生等人利用polytec公司psv 300f-b型高頻掃描激光測振系統(tǒng)，測出了定子的位移振幅、速度振幅和加速度振幅，并得到了定子的位移、速度和加速度的頻率響應(yīng)曲線[3,14j。同樣使用類似儀器對定子共振頻率、振動(dòng)模態(tài)和 |
