一种低频函数磁矩产生装置的制作方法

1.本实用新型属于磁矩产生装置领域，尤其涉及一种低频函数磁矩产生装置。


背景技术：

2.在许多应用场景中，需要根据控制输入信号产生频率和幅度可变的磁矩，从而进一步产生空间磁场。


技术实现要素：

3.本实用新型的目的是提供一种低频函数磁矩产生装置，能够根据控制器输入的函数信号，产生与之一致的磁矩，从而实现任意函数磁矩发生器功能，通过以下技术方案来实现：包括：数字控制器，接收外部的控制信号和测量传感器的输出信号，并输出脉冲宽度调制信号；功率放大器，接收数字控制器输出的脉冲宽度调制信号并对其进行线性放大，对外输出功率信号；铁芯螺线管组件，接收功率放大器输出的功率信号，产生与输入信号变化规律一致的磁矩；测量传感器电路，测量铁芯螺旋管线圈中的电流值并将测量结果输入到数字控制器中。
4.优选的，所述数字控制器采用uc3637双pwm控制芯片，输出两路pwm信号，利用pwm信号的脉冲宽度来控制磁矩产生的时间长短。
5.优选的，所述功率放大器采用h桥电路，根据数字控制器指令产生出对应的驱动线圈的电流。
6.优选的，所述铁芯螺旋管组件由导线绕制在磁棒上构成。
7.优选的，所述测量传感器电路包括：电流采集芯片、电流传感器、差分放大器，所述电流传感器用于采集铁芯螺线管组件的磁电流信号，并输出电压信号；所述差分放大器用于对电流传感器的输出电压信号进行放大并传输信号给ad采样电路。
8.优选的，所述电流采集芯片采用acs712芯片，其内部有低偏置的线性霍尔传感器电路，能输出与检测的交流或直流电流成比例的电压。
9.优选的，所述差分放大器采用ad8827，所述差分放大器对前端电压进行放大处理，并通过ad采样电路输出信号至数字控制器。
10.本实用新型的有益效果：本专利申请能够根据数字控制器输入的函数信号，产生与之一致的磁矩信号给铁芯螺线管组件，从而实现任意函数磁矩发生器功能。
附图说明
11.图1为本专利申请的系统框架示意图；
12.图2为铁芯螺线管组件的结构示意图；
13.图3为功率放大器的电路原理图，采用典型h桥电路；
14.图4为电流采集芯片的管脚示意图；
15.图5为差分放大器的电路原理图；
16.图6为本专利申请的pwm控制应用的控制原理图。
具体实施方式
17.以下结合附图对本实用新型作进一步详细说明。
18.图1所示，包括：数字控制器，接收外部的控制信号和测量传感器的输出信号，并输出脉冲宽度调制信号；功率放大器，接收数字控制器输出的脉冲宽度调制信号并对其进行线性放大，对外输出功率信号；铁芯螺线管组件，接收功率放大器输出的功率信号，产生与输入信号变化规律一致的磁矩；测量传感器电路，测量铁芯螺旋管线圈中的电流值并将测量结果输入到数字控制器中。
19.优选的，所述数字控制器采用uc3637双pwm控制芯片，是一种脉宽调制控制器,可以单电源或双电源工作,双路pwm输出,具有限流保护、欠压封锁和温度补偿等特点，利用pwm信号的脉冲宽度来控制磁矩产生的时间长短。
20.图3所示，所述功率放大器采用h桥电路，根据数字控制器指令产生出对应的驱动线圈的电流。
21.所述铁芯螺旋管组件由导线线圈绕制在磁棒上构成，导线线圈的绕制匝数多，采用多层线圈方式，多层线圈之间可以采用图2所示的串联和并联以及串并联混合三种连接方式。
22.优选的，所述测量传感器电路包括：电流采集芯片、电流传感器、差分放大器，所述电流传感器用于采集铁芯螺线管组件的磁电流信号，并输出电压信号；所述差分放大器用于对电流传感器的输出电压信号进行放大并传输信号给ad采样电路。
23.优选的，所述电流采集芯片采用图4所示的acs712芯片，其内部有低偏置的线性霍尔传感器电路，能输出与检测的交流或直流电流成比例的电压，具有低噪声，响应时间快(对应步进输入电流，输出上升时间为5μs)，50khz带宽，总输出误差最大为4％，高输出灵敏度185mv/a，使用方便、性价比高、绝缘电压高等特点。
24.优选的，所述差分放大器采用图5所示的ad8827，所述差分放大器对前端电压进行放大处理，并通过ad采样电路输出信号至数字控制器。
25.图6所示为本专利申请的一种应用电路，电路由四部分组成：主电路、脉宽信号生成电路、自举驱动电路、保护电路。
26.其中，脉宽信号生成电路基于uc3637双pwm控制芯片产生相应的pwm脉冲波，15v电压通过分压电路接该芯片的引脚1、引脚3，引脚1、引脚3分别获得10v、5v电压，电容ct连接的引脚2电压在5-10v内变化；引脚9获取的电压信号是从计算机输出经d/a转换得到的电压，控制uc3637输出端的占空比；图6中，uc3637输出两路互补的pwm脉冲信号。
27.由于15v直流供电电源含有一定的交流杂波，故分别在引脚1、引脚3和15v电源前并联1只电容c1，以滤除交流杂波的干扰。
28.其中，自举驱动电路包括：两个ir2110驱动器、4个mos管组成的h桥功率放大器电路，ir2110驱动器由4个mos管组成的h桥电路相连接，h桥电路之间接铁芯螺旋管组件，ir2110驱动器的供电电压为15v的电源电压，其输出工作电源为悬浮电源，图中，c3为自举电容；vd为充电二极管，防止自举电容两端电压放电；c4、c5为旁路电容，其目的是向开关的容性负载提供瞬态电流。
29.主电路：铁芯螺旋管组件的磁电流信号通过测量传感器电路测量并传输给计算机，当测量传感器电路输出信号大于控制信号时，计算机经d/a转换器输出控制信号输入至uc3637引脚9和引脚11，使引脚4导通，引脚4的导通信号经传输至左侧ir2110驱动器的引脚10和右侧ir2110的引脚12，分别使上通道引脚10和下通道引脚12导通。这时2片ir2110间的“h”桥电路中的vf1、vf2被触发导通，铁芯螺旋管组件正相通电；当测量传感器电路输出信号大于控制信号时，uc3637中的引脚7导通，引脚7的导通信号传输至左侧ir2110的引脚12和右侧ir2110的引脚10，分别使下通道引脚12和上通道引脚1o导通，这时“h”桥电路中的vf4、vf3被触发导通，铁芯螺旋管组件反相通电。
30.保护电路：ta为电流取样元件，用于对ir2110的过流保护；vf为电压反馈信号，构成闭环调压网络。
31.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明而非限制本实用新型的技术方案，尽管参照上述实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本实用新型进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型的精神和范围，而所附权利要求意在涵盖落入本实用新型精神和范围中的这些修改或者等同替换。


技术特征：
1.一种低频函数磁矩产生装置，其特征在于：包括：数字控制器，接收外部的控制信号和测量传感器的输出信号，并输出脉冲宽度调制信号；功率放大器，接收数字控制器输出的脉冲宽度调制信号并对其进行线性放大，对外输出功率信号；铁芯螺线管组件，接收功率放大器输出的功率信号，产生与输入信号变化规律一致的磁矩；测量传感器电路，测量铁芯螺旋管线圈中的电流值并将测量结果输入到数字控制器中。2.根据权利要求1所述的一种低频函数磁矩产生装置，其特征在于：所述数字控制器采用uc3637双pwm控制芯片，输出两路pwm信号，利用pwm信号的脉冲宽度来控制磁矩产生的时间长短。3.根据权利要求2所述的一种低频函数磁矩产生装置，其特征在于：所述功率放大器采用h桥电路，根据数字控制器指令产生出对应的驱动线圈的电流。4.根据权利要求1所述的一种低频函数磁矩产生装置，其特征在于：所述铁芯螺旋管组件由导线绕制在磁棒上构成。5.根据权利要求3所述的一种低频函数磁矩产生装置，其特征在于：所述测量传感器电路包括：电流采集芯片、电流传感器、差分放大器，所述电流传感器用于采集铁芯螺线管组件的磁电流信号，并输出电压信号；所述差分放大器用于对电流传感器的输出电压信号进行放大并传输信号给ad采样电路。6.根据权利要求5所述的一种低频函数磁矩产生装置，其特征在于：所述电流采集芯片采用acs712芯片，其内部有低偏置的线性霍尔传感器电路，能输出与检测的交流或直流电流成比例的电压。7.根据权利要求6所述的一种低频函数磁矩产生装置，其特征在于：所述差分放大器采用ad8827，所述差分放大器对前端电压进行放大处理，并通过ad采样电路输出信号至数字控制器。

技术总结
本实用新型提供一种低频函数磁矩产生装置，包括：数字控制器，接收外部的控制信号和测量传感器的输出信号，并输出脉冲宽度调制信号；功率放大器，接收数字控制器输出的脉冲宽度调制信号并对其进行线性放大，对外输出功率信号；铁芯螺线管组件，接收功率放大器输出的功率信号，产生与输入信号变化规律一致的磁矩；测量传感器电路，测量铁芯螺旋管线圈中的电流值并将测量结果输入到数字控制器中，本专利申请能够根据数字控制器输入的函数信号，产生与之一致的磁矩信号给铁芯螺线管组件，从而实现任意函数磁矩发生器功能。实现任意函数磁矩发生器功能。实现任意函数磁矩发生器功能。


技术研发人员：钱汉明 孙平 刘亚非 郝文旭 李益青
受保护的技术使用者：孙平
技术研发日：2020.11.09
技术公布日：2022/1/18