一種批量樣品實驗裝置的控制系統的製作方法
2023-04-22 16:56:41 1
專利名稱：一種批量樣品實驗裝置的控制系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及大批量樣品實驗裝置的控制系統，具體涉及一種批量樣品實驗裝置的控制系統。
背景技術：
目前我國的的批量樣品實驗裝置控制系統，已經不能滿足我國未來空間材料科學實驗的要求，具體表現在 一次最多只能夠控制6隻樣品的加工。 只能夠使用PID這一種溫度控制方式，而且是單溫區控制。 只能夠控制兩隻電機的運行。 不具備遙操作功能。它用於神舟3號飛船上進行空間材料科學實驗。
發明內容
本發明的目的在於，為克服目前批量樣品實驗裝置的控制系統存在的不足，從而提供一種批量樣品實驗裝置的控制系統。為實現上述發明目的，本發明提出一種批量樣品實驗裝置的控制系統，其特徵在於，所述的控制系統包含模擬信號輸入單元、開關信號輸入單元、脈衝信號輸入單元、電機控制單元、溫度控制單元、系統控制單元、通訊單元和電源單元；所述的模擬信號輸入單元與系統控制單元相連，用於將採集的實驗裝置中的各種模擬信號輸送至系統控制單元；所述的開關信號輸入單元與系統控制單元相連，用於將輸入限位開關輸出的限位信號輸送至系統控制單元；所述的脈衝信號輸入單元與系統控制單元相連，用於接受輸入脈衝信號並計數脈衝個數獲得樣品的位置信息將位置信息輸送至系統控制單元；所述的電機控制單元包含一個脈衝源、一個環形分配器和電機驅動器且該單元與系統控制單元相連，用於接受系統控制單元輸出的指令從而控制步進電機的運動過程；電機驅動器用於驅動電機的運行。電機驅動器與控制單元之間有光電隔離器，用於防止電機對控制單元的幹擾；所述的溫度控制單元與系統控制單元相連，用於接受系統控制單元的輸出信號調節批量樣品實驗裝置中晶體生長爐的溫度，該單元包含溫度信號輸入模塊，該模塊採集多路溫度傳感器的輸出信號，並去除該信號上的幹擾，將該信號進行濾波，獲得真實的溫度信息。控制算法模塊，該模塊使用最適合於該溫度控制系統的控制算法，通過調節加熱的功率，控制溫度的穩定性，使溫度的上下波動在小於0. 05%的範圍內；加熱器驅動模塊，該模塊調節供給加熱器的功率，使加熱器能夠有足夠的加熱能量，使爐膛內溫度達到所希望的設定值，並保持穩定；加熱驅動模塊與控制單元之間有光電隔離器，用於放止加熱電流對控制系統的幹擾；所述的通訊單元與系統控制單元互連實現與上級系統之間的雙向通信；所述的限位開關輸入信號與控制單元之間採用隔離手段以避免限位開關輸入信號對系統控制單元和模擬信號輸入單元的幹擾；所述的模擬信號輸入單元由若干塊信號輸入板組成，信號輸入板上設有標準的接口 ；其中，所述的批量樣品的實驗裝置包括樣品庫、多維運動機構、加熱爐；所述的多維運動機構包括手體垂直支架和水平絲槓，實現機械手的垂直和水平運動、手體抓取樣品安瓿和放開樣品安瓿、樣品庫的前後運動、爐子的前後運動；所述的樣品庫和加熱爐設置在同一垂直位置，該裝置的上下兩側安裝有兩個樣品庫，加熱爐設置在兩個樣品庫之間；其特徵在於，該裝置還包括樣品鎖緊機構，包括同軸設置的鎖緊螺芯、夾緊倉鎖緊母和夾緊倉； 所述的夾緊倉呈圓筒狀，用於容納樣品安瓿；該夾緊倉的一端設有鎖緊稍面；所述的鎖緊螺芯包括兩段內徑不同的圓筒，其中，一段的內徑和夾緊倉的內徑相同，另一段的內徑較大，其與樣品安瓿之間形成空隙，用於容納機械手；鎖緊螺芯和夾緊倉之間使用可轉動的固定連接；所述的夾緊倉鎖緊母固定設置，套設於鎖緊螺芯和夾緊倉的結合部，其一端的內部配合夾緊倉的鎖緊稍面設置有斜面；所述的機械手包括機械主手、機械副手、定位螺蓋、緩衝彈簧和編碼器；所述的機械主手，用於抓緊樣品安瓿，包括三個或以上的手指、同軸套設的主手手體和手體拉杆、 拉緊器、外齒輪換位鍵；機械主手的手指上設有齒牙，用於與樣品安瓿上的齒槽相配合，以傳輸樣品安瓿的測量信號；所述的主手手體的前端部設有第一手指鉚接位，用於可轉動鉚接手指的中部；所述的手體拉杆的前端還配合設有第二手指鉚接位，用於可轉動鉚接手指的端部；所述的手體拉杆的中間主體呈多邊形嵌套於主手手體內；所述的手體拉杆的後部套設固定有拉緊器，該拉緊器前端的外圓上有個環形滑槽，通過該環形滑槽配合主手手體內壁的彈簧滑道將拉緊器固定在主手手體的內腔上，其末端內壁設有內齒花鍵，用於嚙合外齒輪換位鍵；所述的機械副手是一撥叉，用於帶動鎖緊機構，實現樣品在料倉中的卡緊與鬆開，包括叉部和內齒花鍵部；所述的叉部，穿設於主手手體上的圓弧形凹槽內，用於配合鎖緊機構；所述的內齒花鍵部，抵設於拉緊器和定位螺蓋之間，其內齒花鍵配合外齒輪換位花鍵。本發明的目的是提供一種大批量樣品實驗裝置的控制系統，利用它可自動控制上百個樣品的實驗，而無需人工幹預。它也可以使用遙操作的方式，在遙操作指令的控制下， 按照實驗的要求實時調整樣品加工的過程。為實現上述目的，本發明提供了一種電路批量樣品實驗裝置的控制系統，其特徵在於，整個系統由模擬信號輸入單元、開關信號輸入單元、脈衝信號輸入單元、電機控制單元、溫度控制單元、系統控制單元、通訊單元、電源單元組成。它可以控制批量樣品實驗裝置，一次連續完成批量樣品實驗裝置所裝載的所有樣品的試驗。控制系統具有兩種工作方式，一種是全自動工作方式，一種是遙操作工作方式。控制系統工作時，首先控制機械手在垂直支架上運行到要抓取的樣品所處的垂直位置處，當此處的限位開關有效時，停止其運行。然後控制水平絲槓運動到所要取的樣品位置，其位置由此處的限位開關和編碼器決定。控制樣品庫向前運行到限位開關有效。控制機械手閉合抓取樣品。此時機械手順時針旋轉，將樣品與樣品艙之間解鎖，再控制樣品庫向後運動到最底部，此處的限位開關有效時，停止樣品庫的運行，樣品被取出來。然後控制機械手先在垂直支架上運行，再在水平絲槓的帶動下運行到中部，對準爐膛，由垂直方向和水平方向的限位開關和編碼器共同確定其對準爐膛處的位置。控制爐子向前進，將樣品插入爐膛中，當此處的限位開關有效時停止爐子的運行。控制爐膛升溫並達到設定的保溫溫度。使用PID控制算法和前饋控制方法，或採用預測控制方法，或採用神經網絡控制方法，或採用其他適合於本系統的控制方法，使爐溫保持溫度穩定。爐溫穩定一段時間後，控制爐子緩慢向後移動，開始樣品的生長(加工)過程。樣品的實驗和加工過程完成之後，控制機械手先在垂直支架上運行，然後在水平絲槓的帶動下運行到該樣品在樣品庫上的料艙處，在限位開關的定位下對準料艙。控制樣品庫向前運行，樣品庫前限位開關有效時，樣品被放入料艙之中。控制機械手逆時針旋轉， 在限位開關和編碼器的作用下，將樣品與樣品艙之間鎖緊。如此，控制器完成一個樣品的加工過程。控制器控制機械手抓取下一個樣品。所述的批量樣品科學實驗裝置控制系統，其特徵在於，整個系統由模擬信號輸入單元、開關信號輸入單元、脈衝信號輸入單元、電機控制單元、溫度控制單元、系統控制單元、通訊單元、電源單元組成。它可以控制批量樣品實驗裝置，一次連續完成批量樣品實驗裝置所裝載的所有樣品的試驗，如圖1所示。所述的批量樣品科學實驗裝置控制系統，其特徵在於，其特徵在於，該控制系統可通過模擬信號輸入單元採集實驗裝置中所具有的各種模擬信號，包括熱電偶信號、環境溫度信號、溼度傳感器信號、振動傳感器信號、電流傳感器信號和電壓傳感器信號。各種信號首先通過放大濾波電路，將弱信號放大，同時通過濾波電路濾除傳感器所輸出的信號中的噪音，使傳感器輸出的信號成為高信躁比的強信號。模擬信號輸入單元由若干塊信號輸入板組成，信號輸入板上有標準的接口，可根據模擬信號的數量來確定所需信號輸入板的個數。所述的批量樣品科學實驗裝置控制系統，其特徵在於，其特徵在於，該控制系統可通過開關信號輸入單元輸入限位開關輸出的限位信號，用以控制電機的停止，並可判斷樣品的編號。限位開關輸入信號與控制單元之間採用隔離手段(可用光電隔離或電容隔離)， 以避免限位開關信號對控制單元和模擬信號輸入單元的幹擾。所述的批量樣品科學實驗裝置控制系統，其特徵在於，該控制系統可通過脈衝信號輸入單元輸入脈衝信號，用以計數脈衝個數，從而獲得樣品的位置信息(樣品進入爐膛和生長過程中的位置信息)。所述的批量樣品科學實驗裝置控制系統，其特徵在於，該控制系統可通過電機控制單元來控制電機的運動過程。由於批量樣品實驗裝置中的電機均為步進電機(步進電機是通過脈衝信號控制的電機，電機轉過的角度與脈衝個數嚴格成正比)，因此其控制器需要一個脈衝源和一個環形分配器，可使用軟體和硬體兩種方法來實現。硬體實現方法是通過定時器晶片(例如8253、82M等)發出脈衝，通過可編程晶片(例如GAL、PAL、FPGA、CPLD 等晶片)來實現環形分配器，並在可編程晶片中實現電機選擇邏輯(同一時刻只有一個電機運行)。環形分配器的輸出信號經過隔離(可用光電隔離或電容隔離)後控制大功率驅動晶片(可以是大功率三極體、NMOS管、PMOS管等)，由大功率驅動晶片驅動電機運行。環形分配器也可通過軟體來實現，利用CPU中的定時器和I/O管腳，實現軟體環形分配器。所述的批量樣品科學實驗裝置控制系統，其特徵在於，該控制系統可通過溫度控制單元來控制批量樣品實驗裝置中晶體生長爐的溫度。溫度傳感器熱電偶的輸出信號通過模擬信號輸入單元後進入A/D轉換器，系統控制單元讀取A/D轉換結果之後由溫度控制單元進行運算。運算時或使用PID控制算法、或使用預測控制算法、或使用神經網絡控制算法，以及前饋解耦，計算的結果以PWM的形式輸出。輸出信號經過隔離(可用光電隔離或電容隔離)後控制大功率驅動晶片(可以是大功率三極體、NMOS管、PMOS管等)，由大功率驅動晶片驅動電阻絲，以此對晶體生長爐進行加熱。加熱方式有兩種，一種是對多組爐絲同時加熱，另一種是以分時的方式對多組爐絲進行加熱，也即多組爐絲輪流加熱，輪流的間隔為幾百毫秒。所述的批量樣品科學實驗裝置控制系統，其特徵在於，該控制系統可通過系統控制單元來控制其他的單元和整個實驗過程。系統控制單元由CPU、程序存儲器、數據存儲器、 看門狗和A/D轉換器組成。所述的批量樣品科學實驗裝置控制系統，其特徵在於，該控制系統可通過通訊單元來與上位機交換數據，接受上位機發出的遙控指令，並將實驗過程中採集到的實驗數據發送給上位機。所述的批量樣品科學實驗裝置控制系統，其特徵在於，該控制系統可通過電源單元來提供系統所需的各種電源，包括數字電路中的5V電源，模擬電路中的士 12V電源，電機的電源，加熱的電源等。所述的批量樣品科學實驗裝置控制系統，其特徵在於，該控制系統具有遙操作功能，可以接受遙操作指令，並在遙操作指令控制下控制電機的運行，控制溫度的升高、保持和降低。使用者可以根據自己的要求，利用遙操作指令，通過批量樣品實驗裝置控制系統對批量樣品實驗裝置的工作狀態進行控制。所述的批量樣品科學實驗裝置控制系統，其特徵在於，該控制系統可在無人工幹預的情況下全自動地控制批量樣品科學實驗裝置完成所有(上百個)樣品的加工任務。在整個實驗過程中，無需任何人工幹預。本發明的批量樣品實驗裝置的控制系統具體工作方法包含如下步驟批量樣品的實驗裝置在系統控制單元的控制下，電機控制單元控制機械手垂直運行到所要取樣品安瓿的垂直位置處，在由開關信號輸入單元傳送來的限位開關信號有效之後，再控制機械手水平運動到所要取的樣品位置；然後控制樣品架向前到限位開關有效； 控制機械手合閉抓取樣品安瓿，之後控制樣品架運動到最底部，樣品安瓿被取出來；控制機械手先垂直運行，再水平運行到中部，對準爐膛，控制加熱爐向前進，將樣品安瓿插入爐膛中；溫度控制單元開始對樣品安瓿進行加熱，開始對樣品的加工過程；樣品生長過程完成後，加熱爐快速退後到限位開關有效處；機械手先垂直後水平運行到該樣品的料倉處，對準料倉，樣品架向前運行，樣品架前限位開關有效時，樣品安瓿被放入料倉之中，將樣品鎖緊。控制器控制機械手抓取下一個樣品；其中，在電機運行過程中，脈衝信號輸入單元計數系統控制單元發送給電機控制單元的脈衝個數，並由此獲得樣品的位置信息；系統控制單元控制模擬信號輸入單元採集實驗過程中的溫度數據和系統的電壓、 電流、振動等信號；實驗過程中獲得的實驗數據，通過通訊單元傳送給上級系統，並接收上級系統的控制命令。本發明具有以下優點具有不同幅值的多路模擬信號輸入，可提供多路模擬量信號通道，並且可接受幅值不同的信號(0. OlmV-IOV)。模擬信號輸入單元由若干塊信號輸入板組成，信號輸入板上有標準的接口，可根據模擬信號的數量來確定所需信號輸入板的個數；多路開關量和脈衝信號輸入，可提供多路開關量信號通道和多路脈衝量輸入通道；模塊化設計，批量樣品科學實驗的實驗裝置控制系統結構簡單，具有標準的接口，各功能單元模塊，可根據需要進行組合，是標準的模塊化結構；控溫精度高，它的溫度控制系統控制精度高，可小於0.05%。它使用多輸入多輸出的控制方式，可對多溫區的晶體生長爐進行控制。它使用的算法是PID控制，或預測控制，或神經網絡控制；可進行遙操作控制，可以接受遙操作指令，在遙操作指令的控制下完成各種控制任務。具有遙操作功能，可以接受遙操作指令，並在遙操作指令控制下控制電機的運行，控制溫度的升高、保持和降低。使用者可以根據自己的要求，利用遙操作指令，通過批量樣品實驗裝置控制系統對批量樣品實驗裝置的工作狀態進行控制，可全自動控制設備的運行過程，可在無人工幹預的情況下全自動地控制批量樣品科學實驗裝置完成所有(上百個)樣品的加工任務。
圖1本發明批量樣品實驗裝置控制系統的整體結構圖；圖2是批量樣品加工控制流程圖。
具體實施例方式下面結合附圖和具體實施方式
對本發明進行詳細說明。如圖1所示，批量樣品實驗裝置控制系統由由模擬信號輸入單元、開關信號輸入單元、脈衝信號輸入單元、電機控制單元、溫度控制單元、系統控制單元、通訊單元、電源單元組成。控制系統工作時，首先控制機械手在垂直支架上運行到要抓取的樣品所處的垂直位置處，當此處的限位開關有效時，停止其運行。然後控制水平絲槓運動到所要取的樣品位置，其位置由此處的限位開關和編碼器決定。控制樣品庫向前運行到限位開關有效。控制機械手閉合抓取樣品。此時機械手順時針旋轉，將樣品與樣品艙之間解鎖，再控制樣品庫向後運動到最底部，此處的限位開關有效時，停止樣品庫的運行，樣品被取出來。然後控制機械手先在垂直支架上運行，再在水平絲槓的帶動下運行到中部，對準爐膛，由垂直方向和水平方向的限位開關和編碼器共同確定其對準爐膛處的位置。控制爐子向前進，將樣品插入爐膛中，當此處的限位開關有效時停止爐子的運行。控制爐膛升溫並達到設定的保溫溫度。使用PID控制算法和前饋控制方法，或採用預測控制方法，或採用神經網絡控制方法，使爐溫保持溫度穩定。爐溫穩定一段時間後，控制爐子緩慢向後移動，開始樣品的生長(加工)過程。樣品的實驗和加工過程完成之後，控制機械手先在垂直支架上運行，然後在水平絲槓的帶動下運行到該樣品在樣品庫上的料艙處，在限位開關的定位下對準料艙。控制樣品庫向前運行，樣品庫前限位開關有效時，樣品被放入料艙之中。控制機械手逆時針旋轉， 在限位開關和編碼器的作用下，將樣品與樣品艙之間鎖緊。如此，控制器完成一個樣品的加工過程。批量樣品實驗裝置控制系統繼續控制批量樣品實驗裝置進行下一個樣品的加工。附圖2描述了批量樣品的實驗裝置的工作流程，具體為實驗裝置在系統控制單元的控制下，電機控制單元控制機械手垂直運行到所要取樣品安瓿的垂直位置處，在由開關信號輸入單元傳送來的限位開關信號有效之後，再控制機械手水平運動到所要取的樣品位置。然後控制樣品架向前到限位開關有效。控制機械手合閉抓取樣品安瓿，之後控制樣品架運動到最底部，樣品安瓿被取出來。控制機械手先垂直運行，再水平運行到中部，對準爐膛。 控制加熱爐向前進，將樣品安瓿插入爐膛中。溫度控制單元開始對樣品安瓿進行加熱，也即開始對樣品的加工過程。樣品可有兩種方式進行加工，一種是加熱爐向後移動，另一種是控制加熱爐中的溫場移動。樣品生長過程完成後，加熱爐快速退到後限位開關有效處。機械手先垂直後水平運行到該樣品的料倉處，對準料倉。樣品架向前運行，樣品架前限位開關有效時，樣品安瓿被放入料倉之中，將樣品鎖緊。控制器控制機械手抓取下一個樣品。在電機運行過程中，脈衝信號輸入單元計數系統控制單元發送給電機控制單元的脈衝個數，並由此獲得樣品的位置信息。在整個實驗過程中，系統控制單元控制模擬信號輸入單元採集實驗過程中的溫度數據和其他數據(例如系統的電壓、電流、振動等數據)。實驗過程中獲得的實驗數據，通過通訊單元傳送給上級系統，並接收上級系統的控制命令。需要說明的是，以上介紹的本發明的實施方案而並非限制。本領域的技術人員應當理解，任何對本發明技術方案的修改或者等同替代都不脫離本發明技術方案的精神和範圍，其均應涵蓋在本發明的權利要求範圍內。
權利要求
1. 一種批量樣品實驗裝置的控制系統，其特徵在於，所述的控制系統包含模擬信號輸入單元、開關信號輸入單元、脈衝信號輸入單元、電機控制單元、溫度控制單元、系統控制單元、通訊單元和電源單元；所述的模擬信號輸入單元與系統控制單元相連，用於將採集的實驗裝置中的各種模擬信號輸送至系統控制單元；所述的開關信號輸入單元與系統控制單元相連，用於將輸入限位開關輸出的限位信號輸送至系統控制單元；所述的脈衝信號輸入單元與系統控制單元相連，用於接受輸入脈衝信號並計數脈衝個數獲得樣品的位置信息將位置信息輸送至系統控制單元；所述的電機控制單元包含一個脈衝源、一個環形分配器和電機驅動器且該單元與系統控制單元相連，用於接受系統控制單元輸出的指令從而控制步進電機的運動過程；電機驅動器用於驅動電機的運行，電機驅動器與控制單元之間有光電隔離器，用於防止電機對控制單元的幹擾；所述的溫度控制單元與系統控制單元相連，用於接受系統控制單元的輸出信號調節批量樣品實驗裝置中晶體生長爐的溫度，該單元包含溫度信號輸入模塊，該模塊採集多路溫度傳感器的輸出信號，並去除該信號上的幹擾， 將該信號進行濾波，獲得真實的溫度信息；控制算法模塊，該模塊使用最適合於該溫度控制系統的控制算法，通過調節加熱的功率，控制溫度的穩定性，使溫度的上下波動在小於0. 05%的範圍內；加熱器驅動模塊，該模塊調節輸出供給加熱器的功率，使加熱器能夠有足夠的加熱能量，使爐膛內溫度達到所希望的設定值，並保持穩定；加熱驅動模塊與控制單元之間有光電隔離器，用於放止加熱電流對控制系統的幹擾；所述的通訊單元與系統控制單元互連實現與上級系統之間的雙向通信； 所述的限位開關輸入信號與控制單元之間採用隔離手段以避免限位開關輸入信號對系統控制單元和模擬信號輸入單元的幹擾；所述的模擬信號輸入單元由若干塊信號輸入板組成，信號輸入板上設有標準的接口 ；其中，所述的批量樣品的實驗裝置包括樣品庫、多維運動機構、加熱爐； 所述的多維運動機構包括手體垂直支架和水平絲槓，實現機械手的垂直和水平運動、 手體抓取樣品安瓿和放開樣品安瓿、樣品庫的前後運動、爐子的前後運動；所述的樣品庫和加熱爐設置在同一垂直位置，該裝置的上下兩側分別安裝有兩個樣品庫，加熱爐設置在兩個樣品庫之間；該裝置還包括樣品鎖緊機構，包括同軸設置的鎖緊螺芯、夾緊倉鎖緊母和夾緊倉；所述的夾緊倉呈圓筒狀，用於容納樣品安瓿；該夾緊倉的一端設有鎖緊稍面；所述的鎖緊螺芯包括兩段內徑不同的圓筒，其中，一段的內徑和夾緊倉的內徑相同，另一段的內徑較大，其與樣品安瓿之間形成空隙，用於容納機械手；鎖緊螺芯和夾緊倉之間使用可轉動的固定連接；所述的夾緊倉鎖緊母固定設置，套設於鎖緊螺芯和夾緊倉的結合部，其一端的內部配合夾緊倉的鎖緊稍面設置有斜面；所述的機械手包括機械主手、機械副手、定位螺蓋、緩衝彈簧和編碼器；所述的機械主手，用於抓緊樣品安瓿，包括三個或以上的手指、同軸套設的主手手體和手體拉杆、拉緊器、外齒輪換位鍵；機械主手的手指上設有齒牙，用於與樣品安瓿上的齒槽相配合，以傳輸樣品安瓿的測量信號；所述的主手手體的前端部設有第一手指鉚接位，用於可轉動鉚接手指的中部；所述的手體拉杆的前端還配合設有第二手指鉚接位，用於可轉動鉚接手指的端部；所述的手體拉杆的中間主體呈多邊形嵌套於主手手體內；所述的手體拉杆的後部套設固定有拉緊器，該拉緊器前端的外圓上有個環形滑槽，通過該環形滑槽配合主手手體內壁的彈簧滑道將拉緊器固定在主手手體的內腔上，其末端內壁設有內齒花鍵，用於嚙合外齒輪換位鍵；所述的機械副手是一撥叉，用於帶動鎖緊機構，實現樣品在料倉中的卡緊與鬆開，包括叉部和內齒花鍵部；所述的叉部，穿設於主手手體上的圓弧形凹槽內，用於配合鎖緊機構；所述的內齒花鍵部，抵設於拉緊器和定位螺蓋之間，其內齒花鍵配合外齒輪換位花鍵。
2.根據權利要求1所述的批量樣品實驗裝置的控制系統，其特徵在於，所述的隔離方式包含光電隔離或電容隔離。
3.根據權利要求1所述的批量樣品實驗裝置的控制系統，其特徵在於，所述的位置信息包含樣品運行過程中所處的位置、樣品進入爐膛和生長過程中的位置信息。
4.根據權利要求1所述的批量樣品實驗裝置的控制系統，其特徵在於，所述的系統控制單元包含CPU、程序存儲器、數據存儲器、看門狗和A/D轉換器。
5.根據權利要求1所述的批量樣品實驗裝置的控制系統，其特徵在於，所述的電源單元能提供數字電路中的5V電源，模擬電路中的士 12V電源，電機的驅動電源和加熱器所需的電源。
6.根據權利要求1所述的批量樣品實驗裝置的控制系統，其特徵在於，所述的控制系統還包含遙操作模塊，用於接受遙操作指令，利用遙操作指令，通過批量樣品實驗裝置控制系統對批量樣品實驗裝置的工作狀態進行控制。
7.根據權利要求1所述的批量樣品實驗裝置的控制系統，其特徵在於，所述的模擬信號包括熱電偶信號、環境溫度信號、溼度傳感器信號、振動傳感器信號、電流傳感器信號、 電壓傳感器信號，以及其他系統中需要的信號。
8.—種控制批量樣品實驗裝置的方法，該方法採用批量樣品實驗裝置的控制系統，其特徵在於，所述的控制系統包含模擬信號輸入單元、開關信號輸入單元、脈衝信號輸入單元、電機控制單元、溫度控制單元、系統控制單元、通訊單元和電源單元；所述的模擬信號輸入單元與系統控制單元相連，用於將採集的實驗裝置中的各種模擬信號輸送至系統控制單元；所述的開關信號輸入單元與系統控制單元相連，用於將輸入限位開關輸出的限位信號輸送至系統控制單元；所述的脈衝信號輸入單元與系統控制單元相連，用於接受輸入脈衝信號並計數脈衝個數獲得樣品的位置信息將位置信息輸送至系統控制單元；所述的電機控制單元包含一個脈衝源、一個環形分配器和電機驅動器且該單元與系統控制單元相連，用於接受系統控制單元輸出的指令從而控制步進電機的運動過程；電機驅動器用於驅動電機的運行，電機驅動器與控制單元之間有光電隔離器，用於防止電機對控制單元的幹擾；所述的溫度控制單元與系統控制單元相連，用於接受系統控制單元的輸出信號調節批量樣品實驗裝置中晶體生長爐的溫度，該單元包含溫度信號輸入模塊，該模塊採集多路溫度傳感器的輸出信號，並去除該信號上的幹擾， 將該信號進行濾波，獲得真實的溫度信息；控制算法模塊，該模塊使用最適合於該溫度控制系統的控制算法，通過調節加熱的功率，控制溫度的穩定性，使溫度的上下波動在小於0. 05%的範圍內；加熱器驅動模塊，該模塊調節輸出供給加熱器的功率，使加熱器能夠有足夠的加熱能量，使爐膛內溫度達到所希望的設定值，並保持穩定；加熱驅動模塊與控制單元之間有光電隔離器，用於放止加熱電流對控制系統的幹擾；所述的通訊單元與系統控制單元互連實現與上級系統之間的雙向通信； 所述的限位開關輸入信號與控制單元之間採用隔離手段以避免限位開關輸入信號對系統控制單元和模擬信號輸入單元的幹擾；所述的模擬信號輸入單元由若干塊信號輸入板組成，信號輸入板上設有標準的接口 ；其中，所述的批量樣品的實驗裝置包括樣品庫、多維運動機構、加熱爐； 所述的多維運動機構包括手體垂直支架和水平絲槓，實現機械手的垂直和水平運動、 手體抓取樣品安瓿和放開樣品安瓿、樣品庫的前後運動、爐子的前後運動；所述的樣品庫和加熱爐設置在同一垂直位置，該裝置的上下兩側安裝有兩個樣品庫， 加熱爐設置在兩個樣品庫之間；該裝置還包括樣品鎖緊機構，包括同軸設置的鎖緊螺芯、夾緊倉鎖緊母和夾緊倉；所述的夾緊倉呈圓筒狀，用於容納樣品安瓿；該夾緊倉的一端設有鎖緊稍面；所述的鎖緊螺芯包括兩段內徑不同的圓筒，其中，一段的內徑和夾緊倉的內徑相同，另一段的內徑較大，其與樣品安瓿之間形成空隙，用於容納機械手；鎖緊螺芯和夾緊倉之間使用可轉動的固定連接；所述的夾緊倉鎖緊母固定設置，套設於鎖緊螺芯和夾緊倉的結合部，其一端的內部配合夾緊倉的鎖緊稍面設置有斜面；所述的機械手包括機械主手、機械副手、定位螺蓋、緩衝彈簧和編碼器；所述的機械主手，用於抓緊樣品安瓿，包括三個或以上的手指、同軸套設的主手手體和手體拉杆、拉緊器、外齒輪換位鍵；機械主手的手指上設有齒牙，用於與樣品安瓿上的齒槽相配合，以傳輸樣品安瓿的測量信號；所述的主手手體的前端部設有第一手指鉚接位，用於可轉動鉚接手指的中部；所述的手體拉杆的前端還配合設有第二手指鉚接位，用於可轉動鉚接手指的端部；所述的手體拉杆的中間主體呈多邊形嵌套於主手手體內；所述的手體拉杆的後部套設固定有拉緊器，該拉緊器前端的外圓上有個環形滑槽，通過該環形滑槽配合主手手體內壁的彈簧滑道將拉緊器固定在主手手體的內腔上，其末端內壁設有內齒花鍵，用於嚙合外齒輪換位鍵；所述的機械副手是一撥叉，用於帶動鎖緊機構，實現樣品在料倉中的卡緊與鬆開，包括叉部和內齒花鍵部；所述的叉部，穿設於主手手體上的圓弧形凹槽內，用於配合鎖緊機構；所述的內齒花鍵部，抵設於拉緊器和定位螺蓋之間，其內齒花鍵配合外齒輪換位花鍵；所述的方法具體步驟如下首先，批量樣品的實驗裝置在系統控制單元的控制下，電機控制單元控制機械手垂直運行到所要取樣品安瓿的垂直位置處，在由開關信號輸入單元傳送來的限位開關信號有效之後，再控制機械手水平運動到所要取的樣品位置；然後控制樣品架向前到限位開關有效；控制機械手合閉抓取樣品安瓿，之後控制樣品架運動到最底部，樣品安瓿被取出來；控制機械手先垂直運行，再水平運行到中部，對準爐膛，控制加熱爐向前進，將樣品安瓿插入爐膛中；最後，溫度控制單元開始對樣品安瓿進行加熱，開始對樣品的加工過程；樣品生長過程完成後，加熱爐快速退後到限位開關有效處；機械手先垂直後水平運行到該樣品的料倉處， 對準料倉，樣品架向前運行，樣品架前限位開關有效時，樣品安瓿被放入料倉之中，將樣品鎖緊，控制器控制機械手抓取下一個樣品；其中，在電機運行過程中，脈衝信號輸入單元計數系統控制單元發送給電機控制單元的脈衝個數，並由此獲得樣品的位置信息；系統控制單元控制模擬信號輸入單元採集實驗過程中的溫度數據和系統的電壓、電流、振動等信號；實驗過程中獲得的實驗數據，通過通訊單元傳送給上級系統，並接收上級系統的控制命令。
全文摘要
本發明涉及一種批量樣品實驗裝置的控制系統，其特徵在於，所述的控制系統包含模擬信號輸入單元、開關信號輸入單元、脈衝信號輸入單元、電機控制單元、溫度控制單元、系統控制單元、通訊單元和電源單元；所述的模擬信號輸入單元，開關信號輸入單元及脈衝信號輸入單元均與系統控制單元相連，用於將採集的實驗裝置中的各種信號輸送至系統控制單元；所述的電機控制單元包含一個脈衝源、一個環形分配器和電機驅動器，用於接受系統控制單元輸出的指令從而控制步進電機的運動過程；所述的溫度控制單元，用於接受系統控制單元的輸出信號調節批量樣品實驗裝置中晶體生長爐的溫度；所述的通訊單元與系統控制單元互連實現與上級系統之間的雙向通信。
文檔編號G05B19/04GK102478791SQ201010563610
公開日2012年5月30日 申請日期2010年11月24日 優先權日2010年11月24日
發明者於強 申請人:中國科學院空間科學與應用研究中心