CN2674447Y - 多相位旋转电场产生器 - Google Patents

Abstract

本实用新型多相位旋转电场产生器由多相位正弦电压源1与旋转电场产生装置及连接导线2组成。而所述的多相位正弦电压源1中，电信号经由微控制器PC控制的可编程逻辑门阵列电路FPGA输入，在FPGA中建立相位累加器和正弦函数数据表，存入ROM中，分n路输出到对应的n路相同的数模转换器D/A，每路数模转换器D/A输出到相同的一路滤波放大电路L，各滤波放大电路L以其电压输出端子4上连接着的导线2与旋转电场产生装置座架3上对应配装着的n对电极依序相连。运用FPGA器件实现直接数字频率合成的DDFS技术，产生多路初始相位可控、频率可变的正弦电压波形成旋转速度、强度、方向可调控的电场，完全可适应各种液态物质的物理改性实验研究的应用要求。

Description

多相位旋转电场产生器

(一)技术领域：

本实用新型涉及一种电场产生装置，特别是一种多相位旋转电场产生器。

(二)背景技术：

当前在生物医学及环保分析等领域需要采用旋转电场进行物理改性研究，能产生旋转电场的方法通常采用机电技术，如电开关阵列法、正交驱动特殊结构的激励线圈及正交驱动的两对电极等方法，但这些方法存在结构较大，电场旋转速度(频率)做不高，旋转速度不便控制且调整范围小，力矩不大，安装使用不方便等缺点，影响物理改性研究的进行。

(三)实用新型内容：

本实用新型的目的是要公开一种用现代集成电路技术实现的一种体积小、结构简单、操作简便，而旋转力矩大、速度高、受力均匀的可多相位同步旋转的电场产生器。

这种多相位旋转电场产生器也是由多相位正弦电压源与旋转电场产生装置及其相连接的导线组装而成，所不同的是，所述的多相位正弦电压源是以直接数字频率合成DDFS技术，产生2路或2路以上的n路初始相位不同的正弦电压的装置，即在本新型多相位正弦电压源中，电信号经由编入软件程序的微控制器PC控制着可编程逻辑门阵列电路FPGA输入，并在FPGA中建立相位累加器和正弦函数数据表，存入ROM中，分2路或2路以上的n路输出到对应的2路或2路以上的n路相同的数模转换器D/A，每路数模转换器D/A又输出到相同的一路滤波放大电路L，各个滤波放大电路L在多相位正弦电压源的壳体上接装着一对电压输出端子；在所述的旋转电场产生装置的座架上，对应着多相位正弦电压源的电压输出端子，环绕着座架上的电场旋转中心、装置着2对或2对以上的n对电极、同一对电极对称地布装在电场旋转中心的两侧，接装在多相位正弦电压源的电压输出端子上的两芯屏蔽的导线依序与装置在旋转电场产生装置座架上的电极相连接。

在本新型旋转电场产生器中，运用FPGA器件实现直接数字频率合成DDFS技术，产生多路初始相位可控频率可变的正弦电压波，每对电极在通电工作时均处在一个不同的初始相位，且每个电极的电位都按正弦信号的规律变化：从小变大，又从大变小周期地变化着，由于每对电极的正弦信号在旋转电场产生装置上的初始相位均依次相差180°/n，故在时间和空间上便产生一个旋转电场。改变正弦电压波的频率，就可改变电场的旋转速度。采用多路正弦信号同步驱动，就加强了旋转电场的强度，采用FPGA器件完成直接数字频率合成DDFS技术，可简便地实现对旋转电场旋转速度、强度、转向的调控。其调节的正弦电压波频率可从1Hz至10MHz(即电场可以每秒转1圈到每秒转1千万圈)，完全可适应各种液态物质的物理改性实验研究的应用要求。以多相位同步正弦信号驱动多对电极，所产生的旋转电场力矩大、受力均匀、实用性好。且结构简单、小巧、紧凑，生产成本低，便于试样安放，方便调整使用。

(四)附图说明：

图1是本新型多相位旋转电场产生器的结构示意图；

图2为4相位正弦电压源原理电路图；

图3为4相位旋转电场产生装置中的座架中电极布装示意图；

图4为正弦信号波形的产生原理示意图。

(五)具体实施方式：

实施本实用新型时，其多相正弦电压源1中所用的微控制器PC，可以使用如89C51之类型号的单片机；而可编程逻辑门阵列电路FPGA，可选用型号为EPM7128的集成块；所有的数模转换器D/A，型号可选用DAC7624PB；所有的滤波放大电路，则可选用OPA2691ID之类集成运算放大器作有源滤波器和放大器；配装在旋转电场产生装置座架3上的各对电极均用两芯屏蔽的导线2与多相位正弦电压源1壳体上配装着的电压输出端子4(A、B、C、D……)相连接。所有电极均用铜材按实用要求制作，其形状可以是片头或柱状。旋转电场产生装置的座架3的结构形状需根据实际使用要求来设计制作，但必需能确定其电场的旋转中心。座架3上所配装的电极有3至6对，就可产生很好的旋转电场效果。以在座架3上配装4对电极为例，各对电极在座架3上环绕电场旋转中心分别布装于A-A′、B-B′、C-C′、D-D′……的相位上，每对电极的初始相位相差45°，通过微控制器PC软件编写，即可以在FPGA中建立相位累加器和正弦函数数据表(存于ROM中)，且分A、B、C、D4路输出。输出信号波形的产生是相位逐渐累加的结果，从图4中便可知其内部电路原理：图4中K为累加值，亦即相位步进码，也称频率码。如果K＝1，每次累加结果的增量为1，则依次从数据ROM中读取数据，这时输出频率最低。如果K＝2，则每隔一个ROM地址读一次数据，依次类推。故K值越大，相位步进越快，输出信号波形的频率越高。所以本电路的设计频率范围可按步进调节从1Hz至10MHz。将电源插头11接入市电，打开壳体上的开关8，见电源指示灯9亮了，即知本新型多相位正弦电压源1已进入正常工作状态。当试样在旋转电场产生装置的座架3上搁稳后，调节壳体上的旋转速度F的旋纽7、电场强度U的旋纽6和电场旋转方向N的旋纽5，便可为改性实验提供一个理想的旋转电场条件。在本新型多相位正弦电压源1上，还可配装外接计算机接口10，以借助外接计算机进行更复杂的编程控制。扩大本实用新型的使用范围和效果。

Claims (1)

1、一种多相位旋转电场产生器，它由多相位正弦电压源(1)与旋转电场产生装置及相连接的导线(2)组装而成，其特征在于：在所述的多相位正弦电压源(1)中，电信号经由编入软件程序的微控制器PC控制着的可编程逻辑门阵列电路FPGA输入，在FPGA中建立相位累加器和正弦函数数据表，存入ROM中，分2路或2路以上的n路输出到对应的2路或2路以上的n路相同的数模转换器D/A，每路数模转换器D/A输出到相同的一路滤波放大电路L，各滤波放大电路L在多相位正弦电压源(1)的壳体上接装着一对电压输出端子(4)，在所述的旋转电场产生装置的座架(3)上，对应着多相位正弦电压源(1)的电压输出端子(4)，环绕着座架(3)上的电场旋转中心、装置着2对或2对以上的n对电极，同一对电极对称地布装在电场旋转中心的两侧，接装在多相位正弦电压源(1)的电压输出端子(4)上的导线(2)依序与装置在旋转电场产生装置座架(3)上的电极相连接。

Images