CN108490844B - 一种高精度恒压强闭环控制仪 - Google Patents

一种高精度恒压强闭环控制仪 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高精度恒压强闭环控制仪，包括闭环控制仪本体和真空电控系统，闭环控制仪本体包括支架、设置在支架上的真空屏蔽箱、真空屏蔽箱内设置有用于放置芯片的内屏蔽盒；真空电控系统包括与真空屏蔽箱相连的真空泵、设置在真空屏蔽箱内的真空计、流量计，以及与真空泵、真空计、流量计电性连接的控制模块。本设计通过真空屏蔽箱和内屏蔽盒的双层设计，并且在内屏蔽盒外侧和真空屏蔽箱内侧都覆盖有电磁屏蔽层，能够有效屏蔽电磁干扰；控制模块通过监测数据实时控制真空泵的进气量来实现真空屏蔽箱内部压强的闭环控制，能够提供稳定的真空环境，保证了芯片的测试结果的可靠性。

Description

一种高精度恒压强闭环控制仪
技术领域
本发明涉及真空测试设备控制领域，具体的涉及一种高精度恒压强闭环控制仪。
背景技术
陀螺仪或者航空设备上的芯片在使用前需要在真空测试设备中进行测试，要求真空测试设备提供稳定的真空环境并且屏蔽掉外界的电磁干扰，然而现有的真空测试设备防电磁干扰能力不佳，并且不能实现对内部压强的闭环控制，无法提供稳定的真空环境，因此会对芯片的测试结果造成影响。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的是提供一种防电磁干扰能力强、能够实现对内部压强的闭环控制，提供稳定的真空环境的高精度恒压强闭环控制仪。
本发明采用的技术方案是：
一种高精度恒压强闭环控制仪，包括：闭环控制仪本体和真空电控系统，所述闭环控制仪本体包括支架、设置在支架上的真空屏蔽箱，所述真空屏蔽箱内设置有用于放置芯片的内屏蔽盒，所述内屏蔽盒外侧和真空屏蔽箱内侧皆覆盖有一层电磁屏蔽层；
所述真空电控系统包括与真空屏蔽箱相连的真空泵、设置在真空屏蔽箱内的真空计、流量计，以及与真空泵、真空计、流量计电性连接的控制模块。
进一步的，所述电磁屏蔽层包括铝板、以及覆盖在铝板外侧的铜镍复合膜。
进一步的，所述控制模块包括微处理器、模拟运放单元、数字转换单元、用于控制真空泵开关的阀控单元，所述真空计、流量计皆通过模拟运放单元和数字转换单元与微处理器电性连接，所述微处理器与阀控单元电性连接。
进一步的，所述数字转换单元包括运算放大器U3B、运算放大器U3C、若干稳压二极管、若干电阻和电容；
所述真空计的输入端ADIN2通过电阻R48与运算放大器U3C的输入端IN+相连，所述运算放大器U3C的输出端OUT3通过电阻R68与微处理器的AD2端相连，所述微处理器的AD2端通过并联的电容C41和稳压二极管D12接地；
所述流量计的输入端ADIN1与真空计的输入端ADIN2相连，流量计的输入端ADIN1通过电阻R49与运算放大器U3B的输入端IN+相连，所述运算放大器U3B的输出端OUT2通过电阻R69与微处理器的AD1端相连，所述微处理器的AD1端通过并联的电容C42和稳压二极管D13接地。
进一步的，所述模拟运放单元包括运算放大器U4C、若干电阻和电容；
所述流量计的的输出端DAOUT1通过电阻R73与运算放大器U4C的输出端OUT3相连，所述运算放大器U4C的输入端IN+通过依次串联的电阻R53、电阻R34与微处理器的DA1端相连，所述电阻R53与电阻R34的公共端通过电容C38接地。
进一步的，所述阀控单元包括阀控开关K6、阀控开关K8、三极管Q8、三极管Q10，所述三极管Q10的基极通过电阻R21与微处理器的控制端O3相连，三极管Q10的发射极接地，三极管Q10的集电极与阀控开关K8的线圈一端相连，所述阀控开关K8的线圈另一端与工作电源相连，阀控开关K8的线圈两端之间设置有二极管D9；所述三极管Q8的基极通过电阻R19与微处理器的控制端O2相连，三极管Q8的发射极接地，三极管Q8的集电极与阀控开关K6的线圈一端相连，所述阀控开关K6的线圈另一端与工作电源相连，阀控开关K6的线圈两端之间设置有二极管D7,所述阀控开关K6的一个动触头与第二流量计的VD1端相连。
优选的，还包括与微处理器相连的485模块、CAN总线模块和网口模块。
优选的，还包括与微处理器相连的显示单元和手动开关。
优选的，所述微处理器型号为STM32F103C8T6。
优选的，所述真空屏蔽箱通过波纹管与真空泵密封连接。
本发明的有益效果：
本发明通过真空屏蔽箱和内屏蔽盒的双层设计，并且在内屏蔽盒外侧和真空屏蔽箱内侧都覆盖有电磁屏蔽层，能够有效屏蔽电磁干扰；此外通过真空计监测真空压强，流量计监测充入气体流量，控制模块通过监测数据实时控制真空泵的进气量来实现真空屏蔽箱内部压强的闭环控制，能够提供稳定的真空环境，保证了芯片的测试结果的可靠性。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步的说明：
图1为本发明高精度恒压强闭环控制仪的斜视图；
图2为本发明高精度恒压强闭环控制仪的背面示意图；
图3为本发明闭环控制仪本体的正面剖视图；
图4为本发明微处理器的引脚图；
图5a-5d为本发明真空计、第一流量计、第二流量计、第三流量计的接口连线图；
图6a-6d为本发明模拟运放单元的电路原理图；
图7为本发明数字转换单元的电路原理图；
图8a-8c为本发明第一阀控单元、第二阀控单元、第三阀控单元的电路原理图。
具体实施方式
图1-图3所示为本发明的一种高精度恒压强闭环控制仪，一种高精度恒压强闭环控制仪，包括：闭环控制仪本体1和真空电控系统，闭环控制仪本体1包括支架11、设置在支架上的真空屏蔽箱12、真空屏蔽箱12内设置有用于放置芯片的内屏蔽盒13，真空屏蔽箱12采用不锈钢和镍板的材质组成，内屏蔽盒13外侧和真空屏蔽箱12内侧皆覆盖有一层电磁屏蔽层；优选的，本实施例中电磁屏蔽层由一层铝板、以及覆盖在铝板外侧的铜镍复合膜组成，本实施例中在真空屏蔽箱12和内屏蔽盒13之间还设置有中间屏蔽层14以便于更好的屏蔽电磁信号，中间屏蔽层14直接由铝板加铜镍复合膜组成；经测试，采用铝板加铜镍复合膜结构的屏蔽层对于高频段和低频段的电磁干扰都有着良好的阻隔性。
真空电控系统包括与真空屏蔽箱12相连的真空泵2、设置在真空屏蔽箱12内的真空计、流量计，以及与真空泵2、真空计、流量计电性连接的控制模块3，为了加强真空泵抽真空过程中的气密性，真空屏蔽箱12通过波纹管与真空泵密封连接；本实施例中控制模块3采用带显示屏的控制柜。
其中，控制模块3包括微处理器、模拟运放单元、数字转换单元、用于控制真空泵2开关的阀控单元，真空计、流量计皆通过模拟运放单元和数字转换单元与微处理器电性连接，微处理器与阀控单元电性连接。
如图4所示，优选的，微处理器U5型号为STM32F103C8T6。
为了达到最佳控制监测气体流量的效果，如图5a-5d所示，本实施例中流量计采用三个，包括第一流量计J4、第二流量计J5、第三流量计J6；优选的，真空计J3采用电容薄膜规，也可以采用其他能够监测真空压强的传感器，例如波尔登规。
如图7所示，数字转换单元包括运算放大器U3A、运算放大器U3B、运算放大器U3C、运算放大器U3D、若干稳压二极管、若干电阻和电容；
其中，第一流量计J4的输入端ADIN0通过电阻R47与运算放大器U3A的输入端IN+相连，运算放大器U3A的输出端OUT1通过电阻R67与微处理器U5的AD0端相连，微处理器U5的AD0端通过并联的电容C40和稳压二极管D11接地；
其中，真空计J3的输入端ADIN2通过电阻R48与运算放大器U3C的输入端IN+相连，运算放大器U3C的输出端OUT3通过电阻R68与微处理器U5的AD2端相连，微处理器U5的AD2端通过并联的电容C41和稳压二极管D12接地；
其中，第二流量计J5的输入端ADIN1与真空计J3的输入端ADIN2相连，第二流量计J5的输入端ADIN1通过电阻R49与运算放大器U3B的输入端IN+相连，运算放大器U3B的输出端OUT2通过电阻R69与微处理器U5的AD1端相连，微处理器U5的AD1端通过并联的电容C42和稳压二极管D13接地；
其中，第三流量计J6的输入端ADIN3通过电阻R50与运算放大器U3D的输入端IN+相连，运算放大器U3D的输出端OUT4通过电阻R70与微处理器U5的AD3端相连，微处理器U5的AD3端通过并联的电容C43和稳压二极管D14接地。
如图6a-6d所示，模拟运放单元包括运算放大器U4A、运算放大器U4B、运算放大器U4C、运算放大器U4D、若干电阻和电容；
其中，第一流量计J4的的输出端DAOUT0通过电阻R72与运算放大器U4B的输出端OUT2相连，运算放大器U4B的输入端IN+通过依次串联的电阻R52、电阻R33与微处理器U5的DA0端相连，电阻R52与电阻R33的公共端通过电容C37接地；
其中，第二流量计J5的的输出端DAOUT1通过电阻R73与运算放大器U4C的输出端OUT3相连，运算放大器U4C的输入端IN+通过依次串联的电阻R53、电阻R34与微处理器U5的DA1端相连，电阻R53与电阻R34的公共端通过电容C38接地；
其中，第三流量计J6的的输出端DAOUT3通过电阻R71与运算放大器U4A的输出端OUT1相连，运算放大器U4A的输入端IN+通过依次串联的电阻R51、电阻R32与微处理器U5的DA3端相连，电阻R51与电阻R32的公共端通过电容C36接地。
如图8a-8c所示，为了达到最佳保持真空的效果，阀控单元包括与第一流量计J4、第二流量计J5、第三流量计J6对应的第一阀控单元、第二阀控单元、第三阀控单元；
其中，第一阀控单元包括阀控开关K2、阀控开关K4、三极管Q4、三极管Q6，三极管Q6的基极通过电阻R17与微处理器U5的控制端O1相连，三极管Q6的发射极接地，三极管Q6的集电极与阀控开关K4的线圈一端相连，阀控开关K4的线圈另一端与工作电源相连，阀控开关K4的线圈两端之间设置有二极管D5；三极管Q4的基极通过电阻R15与微处理器U5的控制端O0相连，三极管Q4的发射极接地，三极管Q4的集电极与阀控开关K2的线圈一端相连，阀控开关K2的线圈另一端与工作电源相连，阀控开关K2的线圈两端之间设置有二极管D3，阀控开关K2的一个动触头与第一流量计J4的VDO端相连；
其中，第二阀控单元包括阀控开关K6、阀控开关K8、三极管Q8、三极管Q10，三极管Q10的基极通过电阻R21与微处理器U5的控制端O3相连，三极管Q10的发射极接地，三极管Q10的集电极与阀控开关K8的线圈一端相连，阀控开关K8的线圈另一端与工作电源相连，阀控开关K8的线圈两端之间设置有二极管D9；三极管Q8的基极通过电阻R19与微处理器U5的控制端O2相连，三极管Q8的发射极接地，三极管Q8的集电极与阀控开关K6的线圈一端相连，阀控开关K6的线圈另一端与工作电源相连，阀控开关K6的线圈两端之间设置有二极管D7,阀控开关K6的一个动触头与第二流量计J5的VD1端相连；
其中，第三阀控单元包括阀控开关K5、阀控开关K7、三极管Q7、三极管Q9，三极管Q9的基极通过电阻R20与微处理器U5的控制端O7相连，三极管Q9的发射极接地，三极管Q9的集电极与阀控开关K7的线圈一端相连，阀控开关K7的线圈另一端与工作电源相连，阀控开关K7的线圈两端之间设置有二极管D8；三极管Q7的基极通过电阻R18与微处理器U5的控制端O6相连，三极管Q7的发射极接地，三极管Q7的集电极与阀控开关K5的线圈一端相连，阀控开关K5的线圈另一端与工作电源相连，阀控开关K5的线圈两端之间设置有二极管D6,阀控开关K5的一个动触头与第二流量计J5的VD3端相连。
还包括与微处理器U5相连的485模块、CAN总线模块和网口模块，以便于电控系统与其余装置的通讯。还包括与微处理器U5相连的显示单元和手动开关，显示单元采用液晶显示屏，以便工作人员能通过控制柜上的液晶显示屏显示真空屏蔽箱12内部的实时压强、流量计的实时补气流量，本实施例中485模块、CAN总线模块和网口模块、显示单元和手动开关均采用常规的模块，在此不再详细描述。
本发明通过真空屏蔽箱12和内屏蔽盒13的双层设计，并且在内屏蔽盒13外侧和真空屏蔽箱12内侧都覆盖有电磁屏蔽层，能够有效屏蔽电磁干扰；此外通过真空计监测真空压强，流量计监测充入气体流量，控制模块3通过监测数据实时控制真空泵2的进气量来实现真空屏蔽箱12内部压强的闭环控制，能够提供稳定的真空环境，保证了芯片的测试结果的可靠性。
以上仅为本发明的优先实施方式，本发明并不限定于上述实施方式，只要以基本相同手段实现本发明目的的技术方案都属于本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种高精度恒压强闭环控制仪，其特征在于，包括：闭环控制仪本体（1）和真空电控系统，所述闭环控制仪本体（1）包括支架（11）、设置在支架（11）上的真空屏蔽箱（12），所述真空屏蔽箱（12）内设置有用于放置芯片的内屏蔽盒（13），所述内屏蔽盒（13）外侧和真空屏蔽箱（12）内侧皆覆盖有一层电磁屏蔽层；
所述真空电控系统包括与真空屏蔽箱（12）相连的真空泵（2）、设置在真空屏蔽箱（12）内的真空计、流量计，以及与真空泵（2）、真空计、流量计电性连接的控制模块（3）;所述电磁屏蔽层包括铝板、以及覆盖在铝板外侧的铜镍复合膜；所述控制模块（3）包括微处理器、模拟运放单元、数字转换单元、用于控制真空泵（2）开关的阀控单元，所述真空计、流量计皆通过模拟运放单元和数字转换单元与微处理器电性连接，所述微处理器与阀控单元电性连接；所述数字转换单元包括运算放大器U3B、运算放大器U3C、若干稳压二极管、若干电阻和电容；
所述真空计的输入端ADIN2通过电阻R48与运算放大器U3C的输入端IN+相连，所述运算放大器U3C的输出端OUT3通过电阻R68与微处理器的AD2端相连，所述微处理器的AD2端通过并联的电容C41和稳压二极管D12接地；所述流量计的输入端ADIN1与真空计的输入端ADIN2相连，流量计的输入端ADIN1通过电阻R49与运算放大器U3B的输入端IN+相连，所述运算放大器U3B的输出端OUT2通过电阻R69与微处理器的AD1端相连，所述微处理器的AD1端通过并联的电容C42和稳压二极管D13接地；
所述模拟运放单元包括运算放大器U4C、若干电阻和电容；所述流量计的的输出端DAOUT1通过电阻R73与运算放大器U4C的输出端OUT3相连，所述运算放大器U4C的输入端IN+通过依次串联的电阻R53、电阻R34与微处理器的DA1端相连，所述电阻R53与电阻R34的公共端通过电容C38接地；
所述阀控单元包括阀控开关K6、阀控开关K8、三极管Q8、三极管Q10，所述三极管Q10的基极通过电阻R21与微处理器的控制端O3相连，三极管Q10的发射极接地，三极管Q10的集电极与阀控开关K8的线圈一端相连，所述阀控开关K8的线圈另一端与工作电源相连，阀控开关K8的线圈两端之间设置有二极管D9；所述三极管Q8的基极通过电阻R19与微处理器的控制端O2相连，三极管Q8的发射极接地，三极管Q8的集电极与阀控开关K6的线圈一端相连，所述阀控开关K6的线圈另一端与工作电源相连，阀控开关K6的线圈两端之间设置有二极管D7, 所述阀控开关K6的一个动触头与流量计的VD1端相连；
还包括与微处理器相连的485模块、CAN总线模块和网口模块；还包括与微处理器相连的显示单元和手动开关；所述微处理器型号为STM32F103C8T6；所述真空屏蔽箱（12）通过波纹管与真空泵（2）密封连接。
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