【概述】

研究中使用功率放大器，搭建頻響曲線測試實驗平臺。本研究設計并測試了旋轉與直線兩款超聲電機。通過定子模態測試、機械輸出特性實驗及系統集成，驗證了所研制電機在扭矩、推力、分辨率等關鍵指標上均滿足腹腔鏡驅動需求，證實了其作為磁吸式腹腔鏡直接驅動源的可行性。

實驗名稱：磁吸式腹腔鏡用旋轉與直線超聲電機輸出特性及系統集成實驗

實驗目的：本研究旨在通過定子模態仿真、諧響應分析及樣機輸出特性測試，驗證所設計的兩款超聲電機（旋轉與直線）作為磁吸式腹腔鏡直接驅動源的性能，包括其扭矩、推力、運動分辨率等關鍵指標，最終搭建集成系統驗證其在單孔腹腔鏡手術中應用的可行性。

測試設備：激光測振儀、信號發生器、功率放大器、紅外線非接觸測量儀、激光位移傳感器、負載測試平臺以及集成了磁吸模塊、腹腔鏡機器人、控制系統的磁吸式腹腔鏡攝像系統平臺。

實驗過程：首先通過COMSOL軟件仿真確定定子工作模態，并用激光測振儀進行掃頻實驗驗證。隨后搭建測試平臺，測量了旋轉與直線超聲電機在特定電壓和預壓力下的頻率-轉速、轉速-扭矩、速度-負載等關鍵特性曲線，獲得了最大扭矩（0.51mN·m）和最大推力（107.8mN）等數據。最后將電機集成至磁吸式腹腔鏡系統，并測試了其運動分辨率（旋轉5.5mrad，直線24μm），全面驗證了其作為驅動源的性能。

圖1：頻響曲線測試平臺系統框圖

圖2：電機輸出特性實驗平臺系統框圖

實驗結果：基于超聲電機的磁吸式腹腔鏡驅動方案可實現高精度運動控制，旋轉超聲電機在驅動電壓Upp=100V時，最大輸出扭矩為0.51mN·m，最小運動分辨率達5.5mrad；直線超聲電機在驅動電壓Upp=200V時，最大推力為107.8mN，最小位移分辨率為24μm。兩款電機的輸出性能均滿足預設的驅動要求，并成功集成至磁吸式腹腔鏡系統中，驗證了其作為腹腔鏡直接驅動源的可行性。

圖3：超聲電機定子頻率響應測試結果

圖4：旋轉電機轉速-轉矩曲線

圖5：直線電機速度-負載曲線

圖6：電機分辨率實驗結果
 

安泰放大器在此應用中的產品優勢：

1.高電壓輸出能力——充分滿足電機驅動需求

2.寬頻帶與平坦響應——精準匹配定子工作模態掃頻驗證

3.四象限輸出與低失真——穩定驅動容性負載，保障運動分辨率精度驗證

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圖：ATA-315功率放大器指標參數

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