實驗名稱：靜電懸浮位置檢測與控制技術

　　測試目的：根據(jù)Earnshaw定理，靜電場不存在最小三維靜電勢，所以要實現(xiàn)樣品的穩(wěn)定必須結合負反饋控制系統(tǒng)。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

　　靜電懸浮位置檢測與控制結構如圖1所示。系統(tǒng)包括位置檢測單元、處理控制單元、高壓放大器及電極結構。位置檢測單元使用PSD作為傳感器，獲得懸浮樣品的位置信號。處理控制單元對測量到的位置信號進行濾波處理并根據(jù)處理后的位置信號進行PID控制運算，將輸出的控制信號傳給高壓放大器，高壓放大器根據(jù)輸入的信號控制輸出高壓，輸出的高壓加載到電極板上下電極，通過改變帶電樣品所受到的電場力調整懸浮樣品的運動，實現(xiàn)對懸浮樣品的懸浮控制。

　　位置檢測單元采用陰影法實現(xiàn)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，那么被測物體的陰影就會留在PSD上。如果光斑能量分布均勻，那么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軸擺放并相互垂直。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(jié)實現(xiàn)實驗樣品的穩(wěn)定懸浮；根據(jù)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，并提出了使用CCD進行樣品位置測量的方法。

　　高壓放大器推薦：ATA-7050

　　圖：ATA-7050高壓放大器指標參數(shù)

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