高穩定性光學斬波器的製作方法
2023-05-29 02:13:36 2
專利名稱：高穩定性光學斬波器的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種電子儀器，特別涉及一種高穩定性光學斬波器。
背景技術：
電定標輻射計要求使用斬波器對輻射光進行調製，保證半個周期內有光信號通過斬波器通光孔，此時只有光信號對探測器靈敏元加熱，沒有電信號對探測器靈敏元加熱；半個周期內沒有光信號通過斬波器通光孔，只有電信號對探測器靈敏元加熱，沒有光信號對探測器靈敏元加熱。同時要求斬波器能夠輸出穩定的佔空比為50%的方波信號，用該方波信號作為電定標輻射計的參考信號，其穩定性直接決定著電定標輻射計的測量精度。
發明內容本實用新型是針對現在電定標輻射計對斬波器的穩定性要求高的問題，提出了一種高穩定性光學斬波器，穩定性優於1%。，能夠輸出兩路相位相差180度的佔空比為50%的方波信號，調製盤選用單葉型的調製盤，通光口和遮光板各為一半，完全滿足電定標輻射計對斬波器的穩定要求。本實用新型的技術方案為一種高穩定性光學斬波器，斬波器支柱插入底座，斬波器支柱通過緊固螺釘跟底座固定，固定位置可上下調節，電機固定安裝在支架上，調製盤固定在電機軸上，隨電機軸同步轉動，調製盤上有半環狀通光口和遮光板，通光口和遮光板各佔調製盤的一半，調製盤的通光口穿過光藕凹槽，配重環安裝在調製盤上，用於調節調製盤的重心，頻率輸入模塊將設定的轉速值輸出到微處理器，微處理器按設定轉速值輸出控制信號控制電機驅動電路帶動電機轉動，參考電路盒內參考信號發生電路接收光藕信號，轉化為輸出方波，一路作為光學斬波器的輸出信號；一路作為反饋信號，送入頻率測量電路， 頻率測量電路將測得的方波頻率反饋給微處理器，微處理器比較測量電路測量的參考信號頻率值與頻率輸入模塊輸入的頻率值，調節控制信號控制電機驅動電路，微處理器輸出信號到TFT顯示模塊顯示數據，微處理器輸出信號輸出信號通過通訊模塊與上位機通訊。所述通訊模塊支持串口、USB、CAN和無線四種通迅方式。所述TFT顯示模塊的16位數據線分別與微處理器的的16位數據線相連，TFT的控制線片選端(Cs)、數據/命令選擇端(RS)、寫使能端(WR)、讀使能端(RD)分別與微處理器的四個IO 口相連。所述頻率輸入模塊有模擬量輸入和數字量輸入。本實用新型的有益效果在於本實用新型高穩定性光學斬波器，穩定性高，可適用於各種需要高穩定性斬波器的場合和設備上。
圖1為本實用新型高穩定性光學斬波器系統原理框圖；圖2為本實用新型高穩定性光學斬波器剖示圖；[0011]圖3為本實用高穩定性光學斬波器調製盤示意圖；圖4為本實用高穩定性光學斬波器電源模塊原路圖；圖5為本實用高穩定性光學斬波器模擬輸入方式示意圖；圖6為本實用高穩定性光學斬波器頻率選擇菜單示意圖；圖7為本實用高穩定性光學斬波器電機驅動電路原理圖；圖8為本實用高穩定性光學斬波器參考信號輸出電路原理圖；圖9為本實用高穩定性光學斬波器TFT與MCU接線示意圖；圖10為本實用高穩定性光學斬波器系統流程圖。
具體實施方式
斬波器由機械部分和電氣部分兩大部分組成，機械部分用於斬波器各零部件組合及安裝固定，電氣部分用於驅動電機旋轉，進而帶動調製盤旋轉，參考信號輸出電路輸出參考方波信號。系統原理框圖如圖1所示。斬波器機械部分剖示圖如圖2所示，它由底座1、緊固螺釘2、支柱3、後蓋4、參考電路盒5、電機6、軸7、調製盤8、配重環9和前蓋等10部分構成。底座1用於將斬波器固定到光學平臺上，底座1上鑽有符合光學平臺孔間距和大小的固定孔，方便固定；緊固螺釘2用於固定支柱3 ；支柱3用於調整斬波器的高度，支柱插入底座的深度不同，斬波器的高底也不同；後蓋4和前蓋10上開有大小相同的通光孔，限制入射光斑大小；參考電路盒5用於信號線的連接及光藕的安裝；電機6說明此處用於安置電機；調製盤8 固定在電機軸7上，隨著電機軸的轉動而轉動；調製盤8說明此處用於安置調製盤，具體的調製盤8如圖3所示，通光口 81和遮光板80各為一半，S卩180°，最大通光口徑為 _ ；配重環9安裝在調製盤8上，用於調節調製盤8的重心，保證斬波器工作時轉速均勻。工作人員通過頻率輸入模塊設置斬波器轉速，微處理器將預設的斬波器轉速值保存到內存，輸出控制信號控制電機驅動電路按照預設頻率值旋轉。調製盤與電機通過圖2 所示軸固定在一起，電機旋轉的同時帶動調製盤旋轉。調製盤上有遮光板和通光口，同時調製盤穿過參考信號發生電路中光藕的凹槽，使得調製盤在旋轉過程中，參考信號輸出方波信號；輸出的方波信號中，有一路作為頻率測量電路的輸入，頻率測量電路測量當前參考信號頻率，並將該頻率值反饋到微處理器，微處理器對當前頻率值與預設頻率值進行比較，並根據兩者差值改變控制信號，保證參考信號頻率與預設頻率值相同。系統中設有TFT顯示模塊，用於顯示操作菜單，同時實時顯示當前參考信號頻率值。系統中設有通迅模塊，可通過上位機設置斬波器輸出參考信號頻率，同時也可通過上位機獲取當前參考信號頻率值。電氣部分用於輸出參考信號，包括電源模塊、頻率輸入模塊、電機驅動電路、參考信號輸出電路、頻率測量電路、TFT顯示模塊、通訊模塊、微處理器模塊。電源模塊220V 50Hz的交流電首先經過濾波器濾除工頻電源中的幹擾，然後接入24V線性穩壓電源。系統中需要MV、5V和3. 3V三種電壓，如圖4所示電源模塊原路圖，24V的電壓經5V穩壓晶片和3. 3V穩壓晶片將MV電壓轉換為5V和3. 3V電壓供系統使用，D2為保護二極體，C5、C6、 C7、C8為濾波電容，RO為限流電阻。頻率輸入模塊有模擬輸入和數字輸入兩種頻率選擇方式。模擬輸入方式通過調節可變電阻阻值改變頻率值；數字輸入方式通過觸控螢幕直接輸入所需頻率值。兩種輸入模式相互獨立，但使用一種模式時，另外一種模式需要被屏蔽。模擬輸入方式模擬輸入方式示意圖如圖5所示，Rl為可變電阻，Rl兩端加有5V 電壓，可通過調節可變電阻的阻值改變A/D轉換電路採樣到的電壓值，MCU根據A/D轉換電路輸入的採樣值輸出相應的頻率控制信號，從而達到通過調節可變電阻阻值調節斬波器輸出參考信號頻率的目的。數字輸入方式選擇輸入方式時，需要關閉模擬輸入方式，打開數字輸入方式。選擇此方式時，可直接通過觸控螢幕對圖6所示TFT顯示菜單輸入所需頻率值，MCU根據輸入的頻率值控制電機驅動電路控制電機按所設頻率旋轉。電機驅動電路選用的電機驅動晶片是TA8435H，控制方便，電機驅動電路原理圖如圖7所示。將Ml、M2端接地，選擇兩相激勵方式；將CK2端接高電平，RESET端接高電平， ENABLE端接低電平，MCU通過IO 口為TA8435H輸出驅動時鐘，R9為上拉電阻，將MCU輸出的3. 3V電壓上拉到5V，以保證與TA8435H電平匹配，MCU輸入時鐘頻率與斬波器輸出頻率之比為8 1，從而可通過調節MCU輸出時鐘頻率達到控制斬波器輸出參考信號頻率的目的。調製盤8在旋轉時穿過參考電路盒5內光藕的凹槽。參考信號輸出電路原理圖如圖8所示，Ul為參考電路盒5內光藕，當調製盤8的通光口 81穿過光藕凹槽時，光藕中的光敏三極體能接受到LED發出的光，光敏三極體導通，R2上端為高電平；當調製盤8的遮光板穿過光藕凹槽時，光藕中的光敏三極體接受不到LED發射出的光，光敏三極體不工作，R2 上端為低電平。調製盤8在旋轉時，其通光口 81和遮光板80周期性的穿過光藕凹槽，引起 R2上端電平周期性的變化，進而使得R3上端電平周期性的發生改變，R3上端信號分為三路，分別與與U2 (反向器)的1、5、13腳相連，經2、6、10號腳輸出，CHl和CH2為相位相差 180度的參考信號，CHl與入射光信號反向，用作輻射計的參考信號；COUNTER信號用作頻率測量電路輸入。頻率測量電路採用CPLD或者FPGA對斬波器輸出的參考信號頻率進行實時的高精度測量，並將測量所得頻率值傳送給MCU。TFT顯示模塊用於顯示頻率值和操作菜單，TFT顯示模塊與MCU的連接如圖9所示。TFT模塊的16位數據線分別與MCU的16位數據線相連，TFT的控制線片選端(CS)、數據/命令選擇端(RS)、寫使能端(WR)、讀使能端(RD)分別與MCU的四個IO 口相連。上位機可通過通迅模塊控制斬波器輸出參考信號頻率和獲取當前參考信號頻率值。系統支持串口、USB、CAN和無線四種通迅方式，意味著工作人員可通過串口、USB、CAN 和無線三種方式通過上位機對系統進行控制，以適應不同場合的需要。系統中微控制器選擇處理速度快的ARM或者DSP，支持UC0S-II或者Windows CE 作業系統。內部集成有多個通用同步/異步收發器，可通過RS232接口與上位機進行數據傳輸，通過RS232接口控制斬波器速度；內部集成有串行總線，可通過USB與上位機進行數據傳輸；內部集成有CAN控制器，可通過CAN與上位機進行數據傳輸；內部集成有多個串行外設接口，可通過SPI與無線收發模塊相連，實現無線數據傳輸，也可通過SPI獲取觸控螢幕輸入信號；微控制器通過IO 口驅動TFT顯示。系統流程圖如圖10所示。
權利要求1.一種高穩定性光學斬波器，其特徵在於，斬波器支柱插入底座，斬波器支柱通過緊固螺釘跟底座固定，固定位置可上下調節，電機固定安裝在支架上，調製盤固定在電機軸上， 隨電機軸同步轉動，調製盤上有半環狀通光口和遮光板，通光口和遮光板各佔調製盤的一半，調製盤的通光口穿過光藕凹槽，配重環安裝在調製盤上，用於調節調製盤的重心，頻率輸入模塊將設定的轉速值輸出到微處理器，微處理器按設定轉速值輸出控制信號控制電機驅動電路帶動電機轉動，參考電路盒內參考信號發生電路接收光藕信號，轉化為輸出方波， 一路作為光學斬波器的輸出信號；一路作為反饋信號，送入頻率測量電路，頻率測量電路將測得的方波頻率反饋給微處理器，微處理器比較測量電路測量的參考信號頻率值與頻率輸入模塊輸入的頻率值，調節控制信號控制電機驅動電路，微處理器輸出信號到TFT顯示模塊顯示數據，微處理器輸出信號輸出信號通過通訊模塊與上位機通訊。
2.根據權利要求1所述高穩定性光學斬波器，其特徵在於，所述通訊模塊支持串口、 USB、CAN和無線四種通迅方式。
3.根據權利要求1所述高穩定性光學斬波器，其特徵在於，所述TFT顯示模塊的16位數據線分別與微處理器的的16位數據線相連，TFT的控制線片選端(CS)、數據/命令選擇端(RS)、寫使能端(WR)、讀使能端(RD)分別與微處理器的四個IO 口相連。
4.根據權利要求1所述高穩定性光學斬波器，其特徵在於，所述頻率輸入模塊有模擬量輸入和數字量輸入。
專利摘要本實用新型涉及一種高穩定性光學斬波器，調製盤固定在電機軸上，隨電機軸同步轉動，調製盤上有半環狀通光口和遮光板，通光口和遮光板各佔調製盤的一半，調製盤的通光口穿過光藕凹槽，配重環安裝在調製盤上，用於調節調製盤的重心，頻率輸入模塊將設定的轉速值輸出到微處理器，參考電路盒內參考信號發生電路接收光藕信號，轉化為輸出方波，一路作為光學斬波器的輸出信號；一路作為反饋信號，送入頻率測量電路，頻率測量電路將測得的方波頻率反饋給微處理器，微處理器輸出控制信號控制電機驅動電路帶動電機轉動，微處理器輸出信號通過通訊模塊與上位機通訊。穩定性優於1‰，完全滿足電定標輻射計對斬波器的穩定要求，可適用於各種需要高穩定性斬波器的場合和設備上。
文檔編號G02B26/04GK202230246SQ20112038779
公開日2012年5月23日 申請日期2011年10月13日 優先權日2011年10月13日
發明者吳衛軍, 瑚琦, 鄭遂, 高鵬飛 申請人:上海理工大學