CN102955473B - 数字化仪器标定调节装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种数字化仪器标定调节装置及方法，涉及仪器标定技术领域。该装置包括：控制模块，与待标定仪器以及调节模块相连，用于根据所述待标定仪器的输出值，生成驱动所述调节模块的控制脉冲，并将所述控制脉冲发送至所述调节模块；调节模块，与控制模块以及所述待标定仪器相连，用于根据所述控制脉冲调节所述待标定仪器。本发明数字化标定调节装置及方法可大幅度提高工作效率，提高仪器生产标定的自动化程度。

Description

数字化仪器标定调节装置及方法

技术领域

本发明涉及仪器标定技术领域，尤其涉及一种数字化仪器标定调节装置及方法。 

背景技术

质量流量控制器(Mass Flow Controller，MFC)用于对气体的质量流量进行精密测量和控制。它们在半导体和集成电路工业、特种材料学科、化学工业、石油工业、医药、环保和真空等多种领域的科研和生产中有着重要的应用。其典型的应用场合包括：电子工艺设备，如扩散、氧化、外延、化学气相沉积(Chemical Vapor Deposition，CVD)、等离子刻蚀、溅射、离子注入；以及镀膜设备、光纤熔炼、微反应装置、混气配气系统、毛细管测量、气相色谱仪及其它分析仪器。 

MFC出厂前需要标定。标定即为通过修改MFC内部参数，从而使MFC在某一固定设定值下的控制流量输出值与高精度的流量标准显示的实际流量值一致。从0到满量程需要检测多个点值，并需要检定各点线性以及重复精度等值。 

MFC主要分为数字和模拟两种形式。对于数字型MFC，标定过程一般使用带通讯功能的流量校准标准连接电脑，通过专用的标定软件实现进行计算修正、曲线拟合，最后将数据存入数字MFC的存储器中，从而完成标定。对于模拟型MFC，由于采用模拟比例-积分-微分(PID)电路，不存在存储器等结构，参数的调节需要靠人工手动调节操作。中国专利文献CN1220120A是本发明最接近的现有技术。 

我国市场上的MFC多为模拟产品，产品的出厂标定需要逐台手动调节电路板上的可调电位器来实现。由于位置的限制和MFC响应时间 的影响会存在一定的滞后性，每调节一个电位器改变电路参数时，控制的实际流量便会发生变化，需要等待MFC将流量控制稳定准确读数后才能进行再次调节，反复调节直到合格为准。对于线性、重复度等参数可能需要改变多次，使得生产效率很低。 

发明内容

(一)要解决的技术问题 

本发明要解决的技术问题是：提供一种工作效率高、无需人工干预的数字化仪器标定调节装置及方法。 

(二)技术方案 

为解决上述问题，本发明提供了一种数字化仪器标定调节装置，该装置包括：控制模块，与待标定仪器以及调节模块相连，用于根据所述待标定仪器的输出值，生成驱动所述调节模块的控制脉冲，并将所述控制脉冲发送至所述调节模块；调节模块，与控制模块以及所述待标定仪器相连，用于根据所述控制脉冲调节所述待标定仪器。 

优选地，所述控制模块进一步包括：控制单元，与待标定仪器以及步进驱动单元相连，用于根据所述待标定仪器的输出值，计算用于调节所述待标定仪器的控制脉冲，并发送至所述步进驱动单元；步进驱动单元，与所述控制单元相连，用于根据所述控制单元发送的控制脉冲调节所述待标定仪器。 

优选地，所述控制模块还包括：AD采集单元，连接在所述控制单元与所述待标定仪器之间，用于采集所述待标定仪器当前的模拟电压输出值，将其转换为数字量，并发送至所述控制单元。 

优选地，所述调节模块进一步包括：步进电机，与所述步进驱动单元以及待标定仪器相连，用于在所述步进驱动单元的驱动下转动，并带动与其相连的调节刀头转动；调节刀头，与所述步进电机以及所述待标定仪器相连，用于在所述步进电机的带动下转动，以调节所述待标定仪器的变阻器。 

优选地，所述调节刀头为一字螺丝刀。 

优选地，所述待标定仪器为质量流量控制器。 

本发明还提供了一种数字化仪器标定调节方法，该方法包括步骤： 

S1.根据待标定仪器的输出值，生成调节所述待标定仪器的控制脉冲； 

S2.根据所述控制脉冲调节所述待标定仪器。 

优选地，步骤S1进一步包括： 

S1.1采集所述待标定仪器当前的模拟电压输出值，将其转换为数字量； 

S1.2根据所述数字量，计算用于调节所述待标定仪器的控制脉冲； 

S1.3根据所述控制脉冲调节所述待标定仪器。 

优选地，在步骤S1.3中，通过根据所述控制脉冲驱动步进电机转动来调节所述待标定仪器的变阻器。 

优选地，根据所述控制脉冲的个数，驱动步进电机转动相应的角位移量；根据控制脉冲的频率，驱动步进电机以相应的速度及加速度转动。 

(三)有益效果 

本发明数字化仪器标定调节装置及方法可大幅度提高工作效率，提高仪器生产标定的自动化程度。 

附图说明

图1为依照本发明一种实施方式的数字化仪器标定调节装置的结构示意图； 

图2为依照本发明一种实施方式的数字化仪器标定调节方法流程图。 

具体实施方式

本发明提出的数字化仪器标定调节装置及方法，结合附图及实施例详细说明如下。 

本实施方式中的待标定仪器以MFC为例。如图1所示，依照本发明一种实施方式的数字化仪器标定调节装置(虚线框内所示)包括：控制模块以及调节模块。 

控制模块，与待标定MFC以及调节模块相连，用于根据待标定MFC的输出值，生成驱动调节模块的控制脉冲，并将控制脉冲发送至调节模块。该模块包括：控制单元、A/D采集单元、以及步进电机驱动单元。其中： 

控制单元，与待标定MFC以及步进驱动单元相连，用于根据待标定MFC的输出值，计算用于调节待标定MFC的调节量，将其转换为控制脉冲，并发送至步进驱动单元。控制单元可为单片机，本发明装置中优选为S3C440A芯片。 

A/D采集单元，连接在控制单元与待标定MFC之间，用于采集待标定MFC当前的模拟电压输出值，将其转换为数字量，并发送至控制单元。模拟(Analog)信号转换成数字(Digital)信号，简称为A/D转换。采用单独的AD/DA芯片，精度可以任意选择，并且很大程度上解放了控制单元主芯片的占用时间，可以使主芯片分出更多的时间处理其他功能。 

步进驱动单元，与控制单元相连，用于根据控制单元发送的控制脉冲调节待标定MFC。 

调节模块与控制模块以及待标定MFC相连，用于根据控制模块发送的控制脉冲调节待标定MFC。该模块进一步包括：步进电机以及调节刀头。其中： 

步进电机与步进驱动单元相连，用于在步进驱动单元的驱动下转动，并带动与其相连的调节刀头转动。步进驱动单元根据控制脉冲的个数，驱动步进电机转动相应的角位移量，可以对步进电机精确调速； 根据控制脉冲的频率，驱动步进电机以相应的速度和加速度转动，可以对步进电机精确定位。由于嵌入式微处理器芯片的IO输出不能够直接驱动步进电机，因此，需要该步进驱动单元，优选地，可采用专门的驱动芯片ULN2003A来实现硬件连接，这样，不仅起到增大驱动电流的作用更可以起到保护作用。 

步进电机，是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元步进电机件。通过电缆与步进驱动单元相连，在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于控制脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响。当步进驱动单元接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度。步进电机根据控制脉冲转动，并带动与其相连的调节刀头向左或向右转动。步进电机是一种作为控制用的特种电机，它的旋转是以固定的角度(称为“步距角”)一步一步运行的，其特点是没有积累误差。步进电机的运行要有驱动，该驱动就是控制模块的步进驱动单元，它把控制单元发出的控制脉冲转化为步进电机的角位移，或者说：控制单元每发一个脉冲信号，通过步进驱动单元就使步进电机旋转一个步距角。所以步进电机的转速与控制脉冲的频率成正比。 

调节刀头是适合于MFC可调变阻器大小的一字螺丝刀，其一端与步进电机相连，用于在步进电机的带动下转动，以调节待标定MFC的变阻器。 

如图2所示，依照本发明一种实施方式的数字化仪器标定调节方法包括步骤： 

S1.根据待标定MFC的输出值，生成调节待标定MFC的控制脉冲； 

S2.根据控制脉冲调节待标定MFC。 

步骤S1进一步包括： 

S1.1采集待标定MFC当前的模拟电压输出值，将其转换为数字 量； 

S1.2根据该数字量，计算用于调节待标定MFC的控制脉冲； 

S1.3根据该控制脉冲调节待标定MFC。 

在本发明的方法中，步骤S1.3通过根据控制脉冲驱动步进电机转动来调节待标定MFC的变阻器，从而实现对待标定MFC的调节，根据控制脉冲的个数，驱动步进电机转动相应的角位移量；根据控制脉冲的频率，驱动步进电机以相应的速度及加速度转动。 

以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。 

Claims (8)

1.一种数字化仪器标定调节装置，其特征在于，该装置包括：

控制模块，与待标定仪器以及调节模块相连，用于根据所述待标定仪器的输出值，生成驱动所述调节模块的控制脉冲，并将所述控制脉冲发送至所述调节模块；

调节模块，与控制模块以及所述待标定仪器相连，用于根据所述控制脉冲调节所述待标定仪器；

所述控制模块进一步包括：控制单元，与待标定仪器以及步进驱动单元相连，用于根据所述待标定仪器的输出值，计算用于调节所述待标定仪器的控制脉冲，并发送至所述步进驱动单元；步进驱动单元，与所述控制单元相连，用于根据所述控制单元发送的控制脉冲调节所述待标定仪器；所述控制单元为单片机；

所述调节模块进一步包括：步进电机，与所述步进驱动单元以及待标定仪器相连，用于在所述步进驱动单元的驱动下转动，并带动与其相连的调节刀头转动；调节刀头，与所述步进电机以及所述待标定仪器相连，用于在所述步进电机的带动下转动，以调节所述待标定仪器的变阻器。

2.如权利要求1所述的数字化仪器标定调节装置，其特征在于，所述控制模块还包括：

AD采集单元，连接在所述控制单元与所述待标定仪器之间，用于采集所述待标定仪器当前的模拟电压输出值，将其转换为数字量，并发送至所述控制单元。

3.如权利要求1所述的数字化仪器标定调节装置，其特征在于，所述调节刀头为一字螺丝刀。

4.如权利要求1所述的数字化仪器标定调节装置，其特征在于，所述待标定仪器为质量流量控制器。

5.一种利用权利要求1-4中任一权利要求所述的装置进行数字化仪器标定调节方法，其特征在于，该方法包括步骤：

S1.根据待标定仪器的输出值，生成调节所述待标定仪器的控制脉冲；

S2.根据所述控制脉冲调节所述待标定仪器。

6.如权利要求5所述的数字化仪器标定调节方法，其特征在于，步骤S1进一步包括：

S1.1采集所述待标定仪器当前的模拟电压输出值，将其转换为数字量；

S1.2根据所述数字量，计算用于调节所述待标定仪器的控制脉冲；

S1.3根据所述控制脉冲调节所述待标定仪器。

7.如权利要求6所述的数字化仪器标定调节方法，其特征在于，在步骤S1.3中，通过根据所述控制脉冲驱动步进电机转动来调节所述待标定仪器的变阻器。

8.如权利要求7所述的数字化仪器标定调节方法，其特征在于，根据所述控制脉冲的个数，驱动步进电机转动相应的角位移量；根据控制脉冲的频率，驱动步进电机以相应的速度及加速度转动。