CN202230246U - 高稳定性光学斩波器 - Google Patents

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高鹏飞
郑遂
吴卫军
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Abstract

本实用新型涉及一种高稳定性光学斩波器，调制盘固定在电机轴上，随电机轴同步转动，调制盘上有半环状通光口和遮光板，通光口和遮光板各占调制盘的一半，调制盘的通光口穿过光藕凹槽，配重环安装在调制盘上，用于调节调制盘的重心，频率输入模块将设定的转速值输出到微处理器，参考电路盒内参考信号发生电路接收光藕信号，转化为输出方波，一路作为光学斩波器的输出信号；一路作为反馈信号，送入频率测量电路，频率测量电路将测得的方波频率反馈给微处理器，微处理器输出控制信号控制电机驱动电路带动电机转动，微处理器输出信号通过通讯模块与上位机通讯。稳定性优于1‰，完全满足电定标辐射计对斩波器的稳定要求，可适用于各种需要高稳定性斩波器的场合和设备上。

Description

高稳定性光学斩波器
技术领域
本实用新型涉及一种电子仪器，特别涉及一种高稳定性光学斩波器。
背景技术
电定标辐射计要求使用斩波器对辐射光进行调制，保证半个周期内有光信号通过斩波器通光孔，此时只有光信号对探测器灵敏元加热，没有电信号对探测器灵敏元加热；半个周期内没有光信号通过斩波器通光孔，只有电信号对探测器灵敏元加热，没有光信号对探测器灵敏元加热。同时要求斩波器能够输出稳定的占空比为50%的方波信号，用该方波信号作为电定标辐射计的参考信号，其稳定性直接决定着电定标辐射计的测量精度。
发明内容
本实用新型是针对现在电定标辐射计对斩波器的稳定性要求高的问题，提出了一种高稳定性光学斩波器，稳定性优于1‰，能够输出两路相位相差180度的占空比为50%的方波信号，调制盘选用单叶型的调制盘，通光口和遮光板各为一半，完全满足电定标辐射计对斩波器的稳定要求。
本实用新型的技术方案为：一种高稳定性光学斩波器，斩波器支柱插入底座，斩波器支柱通过紧固螺钉跟底座固定，固定位置可上下调节，电机固定安装在支架上，调制盘固定在电机轴上，随电机轴同步转动，调制盘上有半环状通光口和遮光板，通光口和遮光板各占调制盘的一半，调制盘的通光口穿过光藕凹槽，配重环安装在调制盘上，用于调节调制盘的重心，频率输入模块将设定的转速值输出到微处理器，微处理器按设定转速值输出控制信号控制电机驱动电路带动电机转动，参考电路盒内参考信号发生电路接收光藕信号，转化为输出方波，一路作为光学斩波器的输出信号；一路作为反馈信号，送入频率测量电路，频率测量电路将测得的方波频率反馈给微处理器，微处理器比较测量电路测量的参考信号频率值与频率输入模块输入的频率值，调节控制信号控制电机驱动电路，微处理器输出信号到TFT显示模块显示数据，微处理器输出信号输出信号通过通讯模块与上位机通讯。
所述通讯模块支持串口、USB、CAN和无线四种通迅方式。
所述TFT显示模块的16位数据线分别与微处理器的的16位数据线相连，TFT的控制线片选端（CS）、数据/命令选择端（RS）、写使能端（WR）、读使能端（RD）分别与微处理器的四个IO口相连。
所述频率输入模块有模拟量输入和数字量输入。
本实用新型的有益效果在于：本实用新型高稳定性光学斩波器，稳定性高，可适用于各种需要高稳定性斩波器的场合和设备上。
附图说明
图1为本实用新型高稳定性光学斩波器系统原理框图；
图2为本实用新型高稳定性光学斩波器剖示图；
图3为本实用高稳定性光学斩波器调制盘示意图；
图4为本实用高稳定性光学斩波器电源模块原路图；
图5为本实用高稳定性光学斩波器模拟输入方式示意图；
图6为本实用高稳定性光学斩波器频率选择菜单示意图；
图7为本实用高稳定性光学斩波器电机驱动电路原理图；
图8为本实用高稳定性光学斩波器参考信号输出电路原理图；
图9为本实用高稳定性光学斩波器TFT与MCU接线示意图；
图10为本实用高稳定性光学斩波器系统流程图。
具体实施方式
斩波器由机械部分和电气部分两大部分组成，机械部分用于斩波器各零部件组合及安装固定，电气部分用于驱动电机旋转，进而带动调制盘旋转，参考信号输出电路输出参考方波信号。系统原理框图如图1所示。
斩波器机械部分剖示图如图2所示，它由底座1、紧固螺钉2、支柱3、后盖4、参考电路盒5、电机6、轴7、调制盘8、配重环9和前盖等10部分构成。底座1用于将斩波器固定到光学平台上，底座1上钻有符合光学平台孔间距和大小的固定孔，方便固定；紧固螺钉2用于固定支柱3；支柱3用于调整斩波器的高度，支柱插入底座的深度不同，斩波器的高底也不同；后盖4和前盖10上开有大小相同的通光孔，限制入射光斑大小；参考电路盒5用于信号线的连接及光藕的安装；电机6说明此处用于安置电机；调制盘8固定在电机轴7上，随着电机轴的转动而转动；调制盘8说明此处用于安置调制盘，具体的调制盘8如图3所示，通光口81和遮光板80各为一半，即180°，最大通光口径为                                               
Figure 429583DEST_PATH_IMAGE002
；配重环9安装在调制盘8上，用于调节调制盘8的重心，保证斩波器工作时转速均匀。
工作人员通过频率输入模块设置斩波器转速，微处理器将预设的斩波器转速值保存到内存，输出控制信号控制电机驱动电路按照预设频率值旋转。调制盘与电机通过图2所示轴固定在一起，电机旋转的同时带动调制盘旋转。调制盘上有遮光板和通光口，同时调制盘穿过参考信号发生电路中光藕的凹槽，使得调制盘在旋转过程中，参考信号输出方波信号；输出的方波信号中，有一路作为频率测量电路的输入，频率测量电路测量当前参考信号频率，并将该频率值反馈到微处理器，微处理器对当前频率值与预设频率值进行比较，并根据两者差值改变控制信号，保证参考信号频率与预设频率值相同。系统中设有TFT显示模块，用于显示操作菜单，同时实时显示当前参考信号频率值。系统中设有通迅模块，可通过上位机设置斩波器输出参考信号频率，同时也可通过上位机获取当前参考信号频率值。
电气部分用于输出参考信号，包括电源模块、频率输入模块、电机驱动电路、参考信号输出电路、频率测量电路、TFT显示模块、通讯模块、微处理器模块。电源模块：220V 50Hz的交流电首先经过滤波器滤除工频电源中的干扰，然后接入24V线性稳压电源。系统中需要24V、5V和3.3V三种电压，如图4所示电源模块原路图，24V的电压经5V稳压芯片和3.3V稳压芯片将24V电压转换为5V和3.3V电压供系统使用，D2为保护二极管，C5、C6、C7、C8为滤波电容，R0为限流电阻。
频率输入模块有模拟输入和数字输入两种频率选择方式。模拟输入方式通过调节可变电阻阻值改变频率值；数字输入方式通过触摸屏直接输入所需频率值。两种输入模式相互独立，但使用一种模式时，另外一种模式需要被屏蔽。
模拟输入方式：模拟输入方式示意图如图5所示，R1为可变电阻，R1两端加有5V电压，可通过调节可变电阻的阻值改变A/D转换电路采样到的电压值，MCU根据A/D转换电路输入的采样值输出相应的频率控制信号，从而达到通过调节可变电阻阻值调节斩波器输出参考信号频率的目的。
数字输入方式：选择输入方式时，需要关闭模拟输入方式，打开数字输入方式。选择此方式时，可直接通过触摸屏对图6所示TFT显示菜单输入所需频率值，MCU根据输入的频率值控制电机驱动电路控制电机按所设频率旋转。
电机驱动电路：选用的电机驱动芯片是TA8435H，控制方便，电机驱动电路原理图如图7所示。将M1、M2端接地，选择两相激励方式；将CK2端接高电平，RESET端接高电平，ENABLE端接低电平，MCU通过IO口为TA8435H输出驱动时钟，R9为上拉电阻，将MCU输出的3.3V电压上拉到5V，以保证与TA8435H电平匹配，MCU输入时钟频率与斩波器输出频率之比为8：1，从而可通过调节MCU输出时钟频率达到控制斩波器输出参考信号频率的目的。
调制盘8在旋转时穿过参考电路盒5内光藕的凹槽。参考信号输出电路原理图如图8所示，U1为参考电路盒5内光藕，当调制盘8的通光口81穿过光藕凹槽时，光藕中的光敏三极管能接受到LED发出的光，光敏三极管导通，R2上端为高电平；当调制盘8的遮光板穿过光藕凹槽时，光藕中的光敏三极管接受不到LED发射出的光，光敏三极管不工作，R2上端为低电平。调制盘8在旋转时，其通光口81和遮光板80周期性的穿过光藕凹槽，引起R2上端电平周期性的变化，进而使得R3上端电平周期性的发生改变，R3上端信号分为三路，分别与与U2（反向器）的1、5、13脚相连，经2、6、10号脚输出，CH1和CH2为相位相差180度的参考信号，CH1与入射光信号反向，用作辐射计的参考信号；COUNTER信号用作频率测量电路输入。
频率测量电路采用CPLD或者FPGA对斩波器输出的参考信号频率进行实时的高精度测量，并将测量所得频率值传送给MCU。
TFT显示模块用于显示频率值和操作菜单，TFT显示模块与MCU的连接如图9所示。TFT模块的16位数据线分别与MCU的16位数据线相连，TFT的控制线片选端（CS）、数据/命令选择端（RS）、写使能端（WR）、读使能端（RD）分别与MCU的四个IO口相连。
上位机可通过通迅模块控制斩波器输出参考信号频率和获取当前参考信号频率值。系统支持串口、USB、CAN和无线四种通迅方式，意味着工作人员可通过串口、USB、CAN和无线三种方式通过上位机对系统进行控制，以适应不同场合的需要。
系统中微控制器选择处理速度快的ARM或者DSP，支持UCOS-II或者Windows CE操作系统。内部集成有多个通用同步/异步收发器，可通过RS232接口与上位机进行数据传输，通过RS232接口控制斩波器速度；内部集成有串行总线，可通过USB与上位机进行数据传输；内部集成有CAN控制器，可通过CAN与上位机进行数据传输；内部集成有多个串行外设接口，可通过SPI与无线收发模块相连，实现无线数据传输，也可通过SPI获取触摸屏输入信号；微控制器通过IO口驱动TFT显示。系统流程图如图10所示。

Claims (4)

1.一种高稳定性光学斩波器，其特征在于，斩波器支柱插入底座，斩波器支柱通过紧固螺钉跟底座固定，固定位置可上下调节，电机固定安装在支架上，调制盘固定在电机轴上，随电机轴同步转动，调制盘上有半环状通光口和遮光板，通光口和遮光板各占调制盘的一半，调制盘的通光口穿过光藕凹槽，配重环安装在调制盘上，用于调节调制盘的重心，频率输入模块将设定的转速值输出到微处理器，微处理器按设定转速值输出控制信号控制电机驱动电路带动电机转动，参考电路盒内参考信号发生电路接收光藕信号，转化为输出方波，一路作为光学斩波器的输出信号；一路作为反馈信号，送入频率测量电路，频率测量电路将测得的方波频率反馈给微处理器，微处理器比较测量电路测量的参考信号频率值与频率输入模块输入的频率值，调节控制信号控制电机驱动电路，微处理器输出信号到TFT显示模块显示数据，微处理器输出信号输出信号通过通讯模块与上位机通讯。
2.根据权利要求1所述高稳定性光学斩波器，其特征在于，所述通讯模块支持串口、USB、CAN和无线四种通迅方式。
3.根据权利要求1所述高稳定性光学斩波器，其特征在于，所述TFT显示模块的16位数据线分别与微处理器的的16位数据线相连，TFT的控制线片选端（CS）、数据/命令选择端（RS）、写使能端（WR）、读使能端（RD）分别与微处理器的四个IO口相连。
4.根据权利要求1所述高稳定性光学斩波器，其特征在于，所述频率输入模块有模拟量输入和数字量输入。
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