CN109686516A - 数字连续电位器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种数字连续电位器，特别是涉及远程虚拟实验的、测试性能要求高的、参数设计实验的数字连续电位器。该电位器能够数字控制甚至远程控制，获得连续的电阻值，输出电阻精度高，且不影响其使用电路。本发明包括：反馈模块、传动模块、调变电阻模块。传动模块与调变电阻模块连接在一起，反馈模块数值与调变电阻模块输出阻值一一对应。电阻调变模块、传动模块通过齿轮连接或传送带连接。反馈模块获得调变电阻模块的输出电阻信息，输入到控制器中，控制器控制传动模块改变调变电阻模块的中间端子位置，直到获得输出电阻的目标值。

Description

数字连续电位器
技术领域
本发明涉及一种数字连续电位器，特别是涉及远程虚拟实验的、测试性能要求高的、参数设计实验的数字连续电位器。
背景技术
根据《教育信息化十年发展规划（2011-2020年）》和《2017年教育信息化工作要点》等相关要求，深入推进信息技术与高等教育实验教学的深度融合，不断加强高等教育实验教学优质资源建设与应用，着力提高高等教育实验教学质量和实践育人水平，教育部决定在高校实验教学改革和实验教学项目信息化建设的基础上，于2017-2020年在普通本科高等学校开展示范性虚拟仿真实验教学项目建设工作。
实验教学项目作为高校开展实验教学的基本单元，其建设水平直接决定实验教学的整体质量。开展示范性虚拟仿真实验教学项目建设，是推进现代信息技术与实验教学项目深度融合、拓展实验教学内容广度和深度、延伸实验教学时间和空间、提升实验教学质量和水平的重要举措。
很多教学实验都使用电位器来获得调节的电阻，以实现所设计参数的电路，而远程虚拟实验中如何调节电位器获得想要的电阻是一大难点。数字电位器是一种代替传统机械电位器的新型CMOS数字、模拟混合信号处理的集成电路。数字电位器由数字输入控制，产生一个模拟量的输出。依据数字电位器的不同，抽头电流最大值可以从几百微安到几个毫安。然后，数字电位器只能获得离散数值的电阻，不能满足远程虚拟实验要求。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术中的不足，提出一种数字连续电位器。该电位器能够数字控制甚至远程控制，获得连续的电阻值，且输出电阻精度高。
本发明包括：反馈模块、传动模块、调变电阻模块。
传动模块与调变电阻模块连接在一起，反馈模块数值与调变电阻模块输出阻值一一对应。
电阻调变模块、传动模块通过齿轮连接或传送带连接。
传动模块能够双向传动控制，采用正反转减速电机或液压传动模块。
调变电阻模块有三个输出端子：两个两端端子(端子1、端子2)、中间端子，两个两端端子之间的电阻值不变，接入模式为：两端输出和三端输出，两端输出为：两端端子其中之一(端子1或端子2)、中间端子；三端输出时，中间端子与两端端子(端子1、端子2)之间的电阻比例变化。
反馈模块用来获取调变电阻模块的输出阻值信息。
反馈模块获得调变电阻模块的输出电阻信息，输入到控制器中，控制器控制传动模块改变调变电阻模块的中间端子位置，直到获得输出电阻的目标值。
反馈模块1分为开关模块和检测电路，开关模块连接检测电路和调变电阻模块的使用电路，调变电阻模块在调整输出阻值时，开关模块将调变电阻模块的输出端子与检测模块连接，检测模块获得调变电阻模块的输出电阻作为反馈信号；调变电阻模块的中间端子位置通过传动模块调整，调变电阻模块的输出电阻达到目标值后，开关模块把调变电阻模块的端子切换到使用电路中；检测电路的测量方法是在调变电阻模块两个两端端子(端子1、端子2)之间加入电压U1，测量中间端子与两端端子中的其中任一个端子之间的电压U2。
反馈模块1的缺点是使用开关模块，且把开关模块引入到使用电路中，开关模块很有可能给使用电路带来误差，高频信号还可能让开关模块误动。
反馈模块2为位置编码器，置于传动模块或调变电阻模块，位置编码器用于指示传动模块或调变电阻模块中间端子的位移量，缺点是要知道调变电阻模块或传动模块每一次动作前的起始位置，且多次调整调变电阻模块时误差会累积，解决办法是传动模块或调变电阻模块每一次操作之后回到设定的起始点。对于调变电阻模块中的高精度电位器来说，中间端子的起始点和终点会受到冲击，容易导致电位器损坏。
调变电阻模块中以推杆式控制中间端子，能够设置位置检测点，配合位置编码器的位移量信息，就能够确定中间端子的位置。
反馈模块3为标识模块，用来标识调变电阻模块输出阻值，人眼或摄像头抓取标识模块的图像，人眼直接识别或图像处理后识别，获得调变电阻模块输出阻值；如果在远程应用中，标识模块必须搭配摄像头来完成图像抓取，用在自动控制中，则图像识别一定要准确和快速，否则会出现极大偏差；如果人眼识别，只能手动调节调变电阻模块输出阻值。
反馈模块4为相同的满量程位移量、中间端子所在位置同步的另一个调变电阻模块；反馈模块4选择同型号、同阻值、中间端子位置同步的调变电阻模块为最优；预先测定反馈模块与调变电阻模块输出电阻的全量程误差进行校准，能够得到高精度；反馈模块的测量方法是在调变电阻模块两个两端端子(端子1、端子2)之间加入电压U1，测量中间端子与两端端子中的其中任一个端子之间的电压U2。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：第一、数字控制的连续电位器；第二、数字连续电位器的精度高、控制响应快速；第三、数字连续电位器不影响其使用电路。
附图说明
图1为反馈模块为调变电阻模块的连续数字电位器；
图2为反馈模块为电机位置编码器的连续数字电位器；
图3为反馈模块为调变电阻模块位置编码器的连续数字电位器；
图4为反馈模块为标识模块刻度旋钮的连续数字电位器；
图5为反馈模块为标识模块刻度旋钮的连续数字电位器。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。因此，应当明白，所附的权利要求意欲涵盖落入本发明的真实精神的所有这些修改和改变。
如图1所示，数字连续电位器的电阻调变模块、传动模块、反馈模块通过齿轮连接，也能够通过传送带连接，电阻调变模块采用阻值为10kΩ满量程10圈的旋转电位器1，控制旋转电位器1输出的中间端子的旋转轴上连接1模30齿齿轮A；传动模块采用额定转速：100r/m、额定电压6V的正反转减速电机，电机的旋转轴上连接1模10齿齿轮B；反馈模块采用电阻调变模块中同型号、同阻值10kΩ满量程10圈、中间端子所在位置同步的旋转电位器2，控制旋转电位器2输出的中间端子的旋转轴上连接1模30齿齿轮C；反馈模块还能够采用与电阻调变模块中旋转电位器1相同的满量程位移量10圈、中间端子所在位置同步的旋转电位器，阻值为20kΩ、50kΩ、100kΩ等等；反馈模块采用的旋转电位器2的测量方法是在两端端子1、端子2之间加入电压U1，测量中间端子与两端端子中的其中任一个端子之间的电压U2；齿轮A、齿轮B、齿轮C同步耦合。
如图2所示，数字连续电位器，电阻调变模块采用阻值为10kΩ满量程10圈的旋转电位器3，控制旋转电位器3输出的中间端子的旋转轴上连接1模30齿齿轮D；传动模块采用额定转速：100r/m、额定电压6V的正反转减速电机，电机的旋转轴上连接1模15齿齿轮E；反馈模块采用位置编码器，连接在电机的旋转轴上；齿轮D、齿轮E同步耦合。
如图3所示，数字连续电位器，电阻调变模块采用阻值为10kΩ满量程15圈的旋转电位器4，控制旋转电位器4输出的中间端子的旋转轴上连接1模30齿齿轮F；传动模块采用额定转速：100r/m、额定电压6V的正反转减速电机，电机的旋转轴上连接1模30齿齿轮G；反馈模块采用位置编码器，连接在旋转电位器4的旋转轴上；齿轮F、齿轮G同步耦合。
如图4所示，数字连续电位器，电阻调变模块采用阻值为10kΩ满量程10圈的旋转电位器5，控制旋转电位器5输出的中间端子的旋转轴上连接1模30齿齿轮J；传动模块采用额定转速：100r/m、额定电压6V的正反转减速电机，电机的旋转轴上连接1模30齿齿轮K；反馈模块采用标识模块，连接在旋转电位器5的旋转轴上，标识模块采用与电阻调变模块中旋转电位器5相同满量程10圈的刻度旋钮；齿轮J、齿轮K同步耦合。
如图5所示，数字连续电位器，电阻调变模块采用阻值为10kΩ满量程15圈的旋转电位器6，控制旋转电位器6输出的中间端子的旋转轴上连接1模40齿齿轮M；传动模块采用额定转速：100r/m、额定电压6V的正反转减速电机，电机的旋转轴上连接1模10齿齿轮N；反馈模块采用开关模块配合检测电路，在调节旋转电位器6时，开关模块将旋转电位器6的三个端子连接到检测电路，检测中间端子的位置作为反馈信息，旋转电位器6达到调节的目标值后，开关模块将旋转电位器6的三个端子连接到使用电路中；齿轮M、齿轮N同步耦合。
反馈模块获得调变电阻模块的输出电阻信息，输入到控制器中，控制器采用PID算法控制传动模块改变调变电阻模块的中间端子位置，直到获得输出电阻的目标值。

Claims (10)

1.一种数字连续电位器，包括：反馈模块、传动模块、调变电阻模块；传动模块与调变电阻模块连接在一起，反馈模块数值与调变电阻模块输出阻值一一对应；所述的传动模块能够双向传动控制；
所述的调变电阻模块有三个输出端子：两个两端端子(端子1、端子2)、中间端子，两个两端端子之间的电阻值不变，接入模式为：两端输出和三端输出，两端输出为：两端端子其中之一、中间端子；三端输出时，中间端子与两端端子之间的电阻比例变化；
所述的反馈模块用来获取调变电阻模块的输出阻值信息。
2.根据权利要求1所述的数字连续电位器，其特征是，所述的传动模块，采用正反转减速电机或液压传动模块。
3.根据权利要求1所述的数字连续电位器，其特征是，所述的电阻调变模块、传动模块通过齿轮连接或传送带连接。
4.根据权利要求1所述的数字连续电位器，其特征是，所述的反馈模块为相同的满量程位移量、中间端子所在位置同步的另一个调变电阻模块；预先测定反馈模块与调变电阻模块输出电阻的全量程误差进行校准；反馈模块的测量方法是在调变电阻模块两个两端端子(端子1、端子2)之间加入电压，测量中间端子与两端端子中的其中任一个端子之间的电压。
5.根据权利要求1所述的数字连续电位器，其特征是，所述的反馈模块分为开关模块和检测电路，开关模块连接检测电路和调变电阻模块的使用电路，调变电阻模块在调整输出阻值时，开关模块将调变电阻模块的输出端子与检测模块连接，检测模块获得调变电阻模块的输出电阻作为反馈信号；调变电阻模块的中间端子位置通过传动模块调整，调变电阻模块的输出电阻达到目标值后，开关模块把调变电阻模块的端子切换到使用电路中；检测电路的测量方法是在调变电阻模块两个两端端子(端子1、端子2)之间加入电压，测量中间端子与两端端子中的其中任一个端子之间的电压。
6.根据权利要求1所述的数字连续电位器，其特征是，所述的反馈模块为位置编码器，置于传动模块或调变电阻模块，位置编码器用于指示传动模块或调变电阻模块中间端子的位移量。
7.根据权利要求6所述的数字连续电位器，其特征是，所述的传动模块或调变电阻模块每一次操作之后回到设定的起始点。
8.根据权利要求6所述的数字连续电位器，其特征是，所述的调变电阻模块中以推杆式控制中间端子，能够设置位置检测点，配合位置编码器的位移量信息，就能够确定中间端子的位置。
9.根据权利要求1所述的数字连续电位器，其特征是，所述的反馈模块为标识模块，用来标识调变电阻模块输出阻值，人眼或摄像头抓取标识模块的图像，人眼直接识别或图像处理后识别，获得调变电阻模块输出阻值；标识模块采用与电阻调变模块相同满量程刻度旋钮。
10.根据权利要求1所述的数字连续电位器，其特征是，所述的反馈模块获得调变电阻模块的输出电阻信息，输入到控制器中，控制器控制传动模块改变调变电阻模块的中间端子位置，直到获得输出电阻的目标值。
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