[發明專利]一種批量樣品實驗裝置的控制系統

有效

• 申請號: 201010563610.4
• 申請日: 2010-11-24
• 公開（公告）號: CN102478791A
• 公開（公告）日: 2012-05-30
• 發明（設計）人: 于強
• 申請（專利權）人: 中國科學院空間科學與應用研究中心
• 主分類號: G05B19/04
• 分類號: G05B19/04
• 代理公司: 北京法思騰知識產權代理有限公司 11318
• 代理人: 楊小蓉;高宇

1.一種批量樣品實驗裝置的控制系統，其特征在于，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、脈沖信號輸入單元、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，用于將采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，用于將輸入限位開關輸出的限位信號輸送至系統控制單元；

所述的脈沖信號輸入單元與系統控制單元相連，用于接受輸入脈沖信號并計數脈沖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沖源、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，用于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；電機驅動器用于驅動電機的運行，電機驅動器與控制單元之間有光電隔離器，用于防止電機對控制單元的干擾；

所述的溫度控制單元與系統控制單元相連，用于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，該模塊采集多路溫度傳感器的輸出信號，并去除該信號上的干擾，將該信號進行濾波，獲得真實的溫度信息；

控制算法模塊，該模塊使用最適合于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于0.05％的范圍內；

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，并保持穩定；加熱驅動模塊與控制單元之間有光電隔離器，用于放止加熱電流對控制系統的干擾；

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采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干擾；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杠，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、樣品庫的前后運動、爐子的前后運動；

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，用于容納樣品安瓿；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，用于容納機械手；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，套設于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、緩沖彈簧和編碼器；所述的機械主手，用于抓緊樣品安瓿，包括：三個或以上的手指、同軸套設的主手手體和手體拉桿、拉緊器、外齒輪換位鍵；機械主手的手指上設有齒牙，用于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，用于可轉動鉚接手指的中部；所述的手體拉桿的前端還配合設有第二手指鉚接位，用于可轉動鉚接手指的端部；所述的手體拉桿的中間主體呈多邊形嵌套于主手手體內；所述的手體拉桿的后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，用于嚙合外齒輪換位鍵；所述的機械副手是一撥叉，用于帶動鎖緊機構，實現樣品在料倉中的卡緊與松開，包括：叉部和內齒花鍵部；所述的叉部，穿設于主手手體上的圓弧形凹槽內，用于配合鎖緊機構；所述的內齒花鍵部，抵設于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，其特征在于，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，其特征在于，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，其特征在于，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。