[發(fā)明專(zhuān)利]基于ARM的電容極板微位移產(chǎn)生系統(tǒng)

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110075456.4
• 申請(qǐng)日: 2021-01-20
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112904773A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-06-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李武森;夏弘禹;陳文建
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 南京理工大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G05B19/042
• 分類(lèi)號(hào): G05B19/042;G01D5/241;G01B7/02
• 代理公司: 南京理工大學(xué)專(zhuān)利中心 32203
• 代理人: 朱炳斐

本發(fā)明公開(kāi)了一種基于ARM的電容極板微位移產(chǎn)生系統(tǒng)，包括電壓轉(zhuǎn)換模塊，用于為其他各部分提供工作電源；位移控制模塊，用以ARM架構(gòu)的STM32單片機(jī)為核心，通過(guò)移植實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)完成圖形用戶(hù)界面的搭建，進(jìn)行參數(shù)輸入、位移控制操作并提供位移狀態(tài)反饋；電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，用于設(shè)置位移步長(zhǎng)，并在接收到位移控制模塊的位移控制信號(hào)與指令后發(fā)送驅(qū)動(dòng)信號(hào)至微位移平臺(tái)；微位移平臺(tái)，用于根據(jù)驅(qū)動(dòng)信號(hào)產(chǎn)生線性位移；差分電容極板，用于將微位移平臺(tái)產(chǎn)生的位移量轉(zhuǎn)換為電容的變化，為外部電容傳感器測(cè)試電路提供可供測(cè)試的電容。本發(fā)明具有位移精確、易控制、反饋及時(shí)等特點(diǎn)，適用于對(duì)主動(dòng)光學(xué)中電容式微位移傳感器進(jìn)行測(cè)試。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于位移測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種基于ARM的電容極板微位移產(chǎn)生系統(tǒng)。

背景技術(shù)

人類(lèi)對(duì)太空的探索，加強(qiáng)了對(duì)天文望遠(yuǎn)鏡分辨率的需求。因?yàn)橥h(yuǎn)鏡的口徑大小決定了望遠(yuǎn)鏡分辨率的高低，所以增強(qiáng)對(duì)暗弱天體光譜的分辨能力，需要制造更大口徑的鏡面。傳統(tǒng)的光學(xué)零件加工技術(shù)，在鏡面口徑越大時(shí)，對(duì)鏡片的材料選擇和面形打磨的工藝要求越嚴(yán)苛，已無(wú)法滿足天文觀測(cè)領(lǐng)域的發(fā)展。

主動(dòng)光學(xué)技術(shù)的誕生，極大地降低了大口徑鏡面的制造難度。主動(dòng)光學(xué)中的拼接鏡面技術(shù)，帶來(lái)了用小鏡片搭建大鏡面的新思路，減輕了鏡面加工的選材與打磨上的困難。天文觀測(cè)中，拼接鏡面的形變需要進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，就必須運(yùn)用微位移傳感器進(jìn)行實(shí)時(shí)觀測(cè)。對(duì)比多種位移傳感器，電容傳感器由于體積小、精度高等優(yōu)勢(shì)，成為檢測(cè)拼接鏡面位移的首選。檢測(cè)微位移產(chǎn)生的電容變化，需要設(shè)計(jì)精密的傳感器電路。在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下，設(shè)計(jì)和檢測(cè)傳感器電路，需要提供能發(fā)生微位移的極板電容，用于模擬拼接鏡面中鏡片的微位移。

當(dāng)前對(duì)電容極板產(chǎn)生微位移，多選擇上位機(jī)設(shè)計(jì)用戶(hù)界面，在與嵌入式設(shè)備進(jìn)行通信完成信號(hào)中轉(zhuǎn)后，實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)、控制位移。在傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中，脫離上位機(jī)就無(wú)法使用系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試，系統(tǒng)應(yīng)用的獨(dú)立性較差。傳統(tǒng)的測(cè)試極板電容，僅由兩塊相同大小的電極組成，對(duì)環(huán)境因素引起的誤差抗干擾能力較差。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種用于測(cè)試電容傳感器電路的精度高、穩(wěn)定性好、易于控制的位移發(fā)生裝置。

實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為：一種基于ARM的電容極板微位移產(chǎn)生系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括：電壓轉(zhuǎn)換模塊、位移控制模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、微位移平臺(tái)、差分電容極板；

所述電壓轉(zhuǎn)換模塊，用于對(duì)220V交流電進(jìn)行轉(zhuǎn)換，為電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、位移控制模塊、微位移平臺(tái)提供工作電源；

所述位移控制模塊，用以ARM架構(gòu)的STM32單片機(jī)為核心，通過(guò)移植實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)完成圖形用戶(hù)界面的搭建，進(jìn)行參數(shù)輸入、位移控制操作并提供位移狀態(tài)反饋；

所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，用于設(shè)置位移步長(zhǎng)，并在接收到位移控制模塊的位移控制信號(hào)與指令后發(fā)送驅(qū)動(dòng)信號(hào)至微位移平臺(tái)；

所述微位移平臺(tái)，包括步進(jìn)電機(jī)、位移臺(tái)和導(dǎo)軌，所述步進(jìn)電機(jī)在驅(qū)動(dòng)信號(hào)的作用下進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)位移臺(tái)沿導(dǎo)軌方向進(jìn)行線性位移；

所述差分電容極板，用于將微位移平臺(tái)產(chǎn)生的位移量轉(zhuǎn)換為電容的變化，為外部電容傳感器測(cè)試電路提供可供測(cè)試的電容

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(diǎn)為：1)避免與上位機(jī)進(jìn)行信號(hào)傳輸，用單片機(jī)獨(dú)立控制位移裝置，降低能耗的同時(shí)簡(jiǎn)化控制操作；2)采用差分平板電容，相對(duì)于傳統(tǒng)的極板電容，在相同位移下，電容的變化提升一倍，增強(qiáng)了測(cè)試電容的靈敏度；同時(shí)增加參考電容組，增強(qiáng)抗干擾能力；3)基于LCD屏幕設(shè)計(jì)圖形用戶(hù)界面，完成人機(jī)交互，對(duì)位移中的實(shí)時(shí)步數(shù)進(jìn)行反饋，可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)定位；4)位移臺(tái)底部設(shè)有減震結(jié)構(gòu)，針對(duì)位移控制模塊發(fā)送的中斷信號(hào)，可以及時(shí)對(duì)位移臺(tái)進(jìn)行鎖定，保證中斷位置的準(zhǔn)確性。

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。

附圖說(shuō)明

圖1為基于ARM的電容極板微位移產(chǎn)生系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。