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　　實驗名稱：位置控制系統懸浮實驗

　　測試目的：靜電懸浮位置控制系統是靜電懸浮材料加工技術的基礎，同時也是核心，我國尚未有已經完全掌握了該項核心技術的報道，本文在分析位置控制系統各組成部分的工作原理上，設計實現靜電懸浮位置控制系統，并實現了對懸浮樣品的穩定位置控制。

　　測試設備：高壓放大器、懸浮電極、激光電源等。

　　圖1：靜電懸浮位置控制系統

　　實驗過程：

　　豎直方向位置控制系統實驗裝置由650nm半導體激光光源、三維控制板、高壓放大器、懸浮電極等組成，圖2所示的上圖為PSD、信號放大電路、懸浮電極、激光光源和高壓放大器，下圖為控制板和控制板供電電源。

　　圖2：豎直方向位置控制系統實驗裝置

　　懸浮對象采用直徑約3mm的鍍石墨陶瓷小球，當系統加電后，鍍石墨陶瓷小球立即被懸浮起來并逐漸穩定到上下極板間的中心位置，懸浮情況如圖3所示。

　　圖3：懸浮情況圖

　　經放大后觀察，可得到懸浮的精度在±0.05mm以內，如圖4所示為0.7s內的懸浮情況。

　　圖4：懸浮精度測定圖

　　圖5為示波器觀察懸浮起步時PSD輸出的Z方向位置信號和控制電壓信號，其中CH1為位置信號，CH2為控制電壓信號（實際值和觀察值之比為2000：1）。可見，懸浮起步時的控制電壓需大約7000V，而小球在兩極板中心位置的懸浮控制電壓只需約4000V。

　　圖5：示波器觀察懸浮起步過程

　　實驗結果：

　　采用650nm光源的豎直方向位置控制系統的位置控制精度為±0.05mm，這已經達到本文靜電懸浮位置控制系統的設計要求（±0.25mm）。將來用性能更好的808nm激光器做位置測量，豎直方向的控制精度必然更高。另外，水平方向的位置控制不需要克服重力，中心位置是懸浮樣品在水平方向電場力的平衡點，水平方向的位置控制主要是為了防止外界的干擾，那么水平方向的位置控制能夠達到更高的精度。

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　　圖：ATA-7050高壓放大器指標參數

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