一种IPMC传感器实验平台设计.pdf

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1、92传感器与微系统(TransducerandMicrosystemTechnologies)2014年第33卷第7期一种IPMC传感器实验平台设计江春，谭永红(上海师范大学精密机电系统与控制工程研究室，上海200235)摘要：研究了一种离子交换聚合金属材料(IPMC)传感特性实验平台的设计，该方法利用STM32单片机作为主控芯片和精密电位器作为角度反馈，采用PID算法来控制直流何服电机按照设定角度转动，以使IPMC薄片来回弯曲摆动，并且IPMC摆动频率和幅度可调，为后续IPMC输入不同信号的研究提供一个相应的平台。实验表明：这种新的实验平台对IPMC施加的变形

2、信号更加稳定和准确。关键词：离子交换聚合金属材料；传感特性；STM32；精密电位器；PID算法中图分类号：TP212文献标识码：A文章编号：1000-9787(2014)07-0092-03DesignofakindofIPMCsensorexperimentalplatformJIANGChun，TANYong—hong(LaboratoryofPrecisionMechatronicsSystemsandControlEngineering，ShanghaiNormalUniversity，Shanghai200235，China)Abstract：Desi

3、gnofakindofexperimentalplatformofIPMCsensingpropertyisstudied，thismethodusesSTM32MCUasmastercontrolchipandprecisepotentiometerasanglefeedback，PIDalgorithmisemployedtocontrolDCservomotortoenabletheIPMCtobebentbackandforwardinfixedanglerotation，andbendingfrequencyandamplitudeoftheIPMCa

4、readjustable，provideaplatformforfollow—upstudyofdifferentinputIPMCsigna1．ExperimentalresultsshowthatthisnewexperimentalplatformofIPMCcanproducemorestableandaccuratedeformationsignals．Keywords：IPMC；sensingproperty；STM32；precisepotentiometer；PIDalgorithm0引言信号之间的关系，本实验中IPMC为长31mm、宽6mm、厚

5、离子交换聚合金属材料(ionicpolymer—metalcomposite，0．5mm长条形薄片，给IPMC厚度方向施加什么样的压力IPMC)是一种新型电致形变高分子材料，也被称之为人信号尤为关键，因此，在研究IPMC传感特性时，良好的实工肌肉。其在电场作用下可现伸缩、弯曲等各种响应特验平台决定着给IPMC施加激励信号的准确性与稳定性。性；同时，当IPMC受外部力发生形变时，其内部将产生一本文以STM32单片机为控制核心』，搭建起IPMC实验定的电势，使机械能转换为电能。IPMC制动特性的研究已平台。逐渐趋于成熟，并实现了相关的应用，例如：美国NASA的1现有

6、实验平台的缺点JPL实验室用IPMC驱动器制造了与自动刮雨器相类似的现有实验平台由51单片机、步进电机、OP07放大电除尘刷，用于太空仪器表面除尘；日本Eamex公司开发路、激光位移传感器以及信号采集设备组成，如图1所示。了IPMC材料驱动的商业产品人工鱼；日本的名古屋大平台底部为步进电机，其工作原理为：联动装置通过联轴器学研制了基于IPMC的泳动机器人；以及微小胶囊阀、与步进电机结合，通过51单片机和驱动电路来控制步进电微小夹持装置等。而IPMC传感特性的研究尚处于实验机按某个角度来回正反转，当步进电机在一定角度内来回室阶段，研究相对较少，因此，IPMC传感性

7、能的研究将会是正反转的同时，联动装置上的夹子将夹住IPMC带动其按未来IPMC领域的研究趋势。照一定的规律产生形变，激光位移传感器采集IPMC摆动在对IPMC厚度方向给一定的变形时其会产生一定的幅度值，通过示波器来读取并显示IPMC施加的激励信号电压，若要研究IPMC传感性能就得研究输入信号与输出波形。收稿日期：2013—11-15基金项目：国家自然科学基金资助项目(61171088)第7期江春，等：一种IPMC传感器实验平台设计93困甲OP07[一圜一步进驱动电路L围，圈(a)平台构成(a)compositionofplatform圈INA-1073]一圜一组

8、●伺(b)IPMC摆动原