專利名稱：多相位旋轉(zhuǎn)電場產(chǎn)生器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種電場產(chǎn)生裝置，特別是一種多相位旋轉(zhuǎn)電場產(chǎn)生器。
背景技術(shù)：
當(dāng)前在生物醫(yī)學(xué)及環(huán)保分析等領(lǐng)域需要采用旋轉(zhuǎn)電場進(jìn)行物理改性研究，能產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)電場的方法通常采用機(jī)電技術(shù)，如電開關(guān)陣列法、正交驅(qū)動特殊結(jié)構(gòu)的激勵線圈及正交驅(qū)動的兩對電極等方法，但這些方法存在結(jié)構(gòu)較大，電場旋轉(zhuǎn)速度(頻率)做不高，旋轉(zhuǎn)速度不便控制且調(diào)整范圍小，力矩不大，安裝使用不方便等缺點(diǎn)，影響物理改性研究的進(jìn)行。
(三)實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是要公開一種用現(xiàn)代集成電路技術(shù)實(shí)現(xiàn)的一種體積小、結(jié)構(gòu)簡單、操作簡便，而旋轉(zhuǎn)力矩大、速度高、受力均勻的可多相位同步旋轉(zhuǎn)的電場產(chǎn)生器。
這種多相位旋轉(zhuǎn)電場產(chǎn)生器也是由多相位正弦電壓源與旋轉(zhuǎn)電場產(chǎn)生裝置及其相連接的導(dǎo)線組裝而成，所不同的是，所述的多相位正弦電壓源是以直接數(shù)字頻率合成DDFS技術(shù)，產(chǎn)生2路或2路以上的n路初始相位不同的正弦電壓的裝置，即在本新型多相位正弦電壓源中，電信號經(jīng)由編入軟件程序的微控制器PC控制著可編程邏輯門陣列電路FPGA輸入，并在FPGA中建立相位累加器和正弦函數(shù)數(shù)據(jù)表，存入ROM中，分2路或2路以上的n路輸出到對應(yīng)的2路或2路以上的n路相同的數(shù)模轉(zhuǎn)換器D/A，每路數(shù)模轉(zhuǎn)換器D/A又輸出到相同的一路濾波放大電路L，各個濾波放大電路L在多相位正弦電壓源的殼體上接裝著一對電壓輸出端子；在所述的旋轉(zhuǎn)電場產(chǎn)生裝置的座架上，對應(yīng)著多相位正弦電壓源的電壓輸出端子，環(huán)繞著座架上的電場旋轉(zhuǎn)中心、裝置著2對或2對以上的n對電極、同一對電極對稱地布裝在電場旋轉(zhuǎn)中心的兩側(cè)，接裝在多相位正弦電壓源的電壓輸出端子上的兩芯屏蔽的導(dǎo)線依序與裝置在旋轉(zhuǎn)電場產(chǎn)生裝置座架上的電極相連接。
在本新型旋轉(zhuǎn)電場產(chǎn)生器中，運(yùn)用FPGA器件實(shí)現(xiàn)直接數(shù)字頻率合成DDFS技術(shù)，產(chǎn)生多路初始相位可控頻率可變的正弦電壓波，每對電極在通電工作時(shí)均處在一個不同的初始相位，且每個電極的電位都按正弦信號的規(guī)律變化從小變大，又從大變小周期地變化著，由于每對電極的正弦信號在旋轉(zhuǎn)電場產(chǎn)生裝置上的初始相位均依次相差180°/n，故在時(shí)間和空間上便產(chǎn)生一個旋轉(zhuǎn)電場。改變正弦電壓波的頻率，就可改變電場的旋轉(zhuǎn)速度。采用多路正弦信號同步驅(qū)動，就加強(qiáng)了旋轉(zhuǎn)電場的強(qiáng)度，采用FPGA器件完成直接數(shù)字頻率合成DDFS技術(shù)，可簡便地實(shí)現(xiàn)對旋轉(zhuǎn)電場旋轉(zhuǎn)速度、強(qiáng)度、轉(zhuǎn)向的調(diào)控。其調(diào)節(jié)的正弦電壓波頻率可從1Hz至10MHz(即電場可以每秒轉(zhuǎn)1圈到每秒轉(zhuǎn)1千萬圈)，完全可適應(yīng)各種液態(tài)物質(zhì)的物理改性實(shí)驗(yàn)研究的應(yīng)用要求。以多相位同步正弦信號驅(qū)動多對電極，所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)電場力矩大、受力均勻、實(shí)用性好。且結(jié)構(gòu)簡單、小巧、緊湊，生產(chǎn)成本低，便于試樣安放，方便調(diào)整使用。


圖1是本新型多相位旋轉(zhuǎn)電場產(chǎn)生器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為4相位正弦電壓源原理電路圖；圖3為4相位旋轉(zhuǎn)電場產(chǎn)生裝置中的座架中電極布裝示意圖；圖4為正弦信號波形的產(chǎn)生原理示意圖。
具體實(shí)施方式
實(shí)施本實(shí)用新型時(shí)，其多相正弦電壓源1中所用的微控制器PC，可以使用如89C51之類型號的單片機(jī)；而可編程邏輯門陣列電路FPGA，可選用型號為EPM7128的集成塊；所有的數(shù)模轉(zhuǎn)換器D/A，型號可選用DAC7624PB；所有的濾波放大電路，則可選用OPA2691ID之類集成運(yùn)算放大器作有源濾波器和放大器；配裝在旋轉(zhuǎn)電場產(chǎn)生裝置座架3上的各對電極均用兩芯屏蔽的導(dǎo)線2與多相位正弦電壓源1殼體上配裝著的電壓輸出端子4(A、B、C、D……)相連接。所有電極均用銅材按實(shí)用要求制作，其形狀可以是片頭或柱狀。旋轉(zhuǎn)電場產(chǎn)生裝置的座架3的結(jié)構(gòu)形狀需根據(jù)實(shí)際使用要求來設(shè)計(jì)制作，但必需能確定其電場的旋轉(zhuǎn)中心。座架3上所配裝的電極有3至6對，就可產(chǎn)生很好的旋轉(zhuǎn)電場效果。以在座架3上配裝4對電極為例，各對電極在座架3上環(huán)繞電場旋轉(zhuǎn)中心分別布裝于A-A′、B-B′、C-C′、D-D′……的相位上，每對電極的初始相位相差45°，通過微控制器PC軟件編寫，即可以在FPGA中建立相位累加器和正弦函數(shù)數(shù)據(jù)表(存于ROM中)，且分A、B、C、D4路輸出。輸出信號波形的產(chǎn)生是相位逐漸累加的結(jié)果，從圖4中便可知其內(nèi)部電路原理圖4中K為累加值，亦即相位步進(jìn)碼，也稱頻率碼。如果K＝1，每次累加結(jié)果的增量為1，則依次從數(shù)據(jù)ROM中讀取數(shù)據(jù)，這時(shí)輸出頻率最低。如果K＝2，則每隔一個ROM地址讀一次數(shù)據(jù)，依次類推。故K值越大，相位步進(jìn)越快，輸出信號波形的頻率越高。所以本電路的設(shè)計(jì)頻率范圍可按步進(jìn)調(diào)節(jié)從1Hz至10MHz。將電源插頭11接入市電，打開殼體上的開關(guān)8，見電源指示燈9亮了，即知本新型多相位正弦電壓源1已進(jìn)入正常工作狀態(tài)。當(dāng)試樣在旋轉(zhuǎn)電場產(chǎn)生裝置的座架3上擱穩(wěn)后，調(diào)節(jié)殼體上的旋轉(zhuǎn)速度F的旋紐7、電場強(qiáng)度U的旋紐6和電場旋轉(zhuǎn)方向N的旋紐5，便可為改性實(shí)驗(yàn)提供一個理想的旋轉(zhuǎn)電場條件。在本新型多相位正弦電壓源1上，還可配裝外接計(jì)算機(jī)接口10，以借助外接計(jì)算機(jī)進(jìn)行更復(fù)雜的編程控制。擴(kuò)大本實(shí)用新型的使用范圍和效果。
權(quán)利要求1.一種多相位旋轉(zhuǎn)電場產(chǎn)生器，它由多相位正弦電壓源(1)與旋轉(zhuǎn)電場產(chǎn)生裝置及相連接的導(dǎo)線(2)組裝而成，其特征在于在所述的多相位正弦電壓源(1)中，電信號經(jīng)由編入軟件程序的微控制器PC控制著的可編程邏輯門陣列電路FPGA輸入，在FPGA中建立相位累加器和正弦函數(shù)數(shù)據(jù)表，存入ROM中，分2路或2路以上的n路輸出到對應(yīng)的2路或2路以上的n路相同的數(shù)模轉(zhuǎn)換器D/A，每路數(shù)模轉(zhuǎn)換器D/A輸出到相同的一路濾波放大電路L，各濾波放大電路L在多相位正弦電壓源(1)的殼體上接裝著一對電壓輸出端子(4)，在所述的旋轉(zhuǎn)電場產(chǎn)生裝置的座架(3)上，對應(yīng)著多相位正弦電壓源(1)的電壓輸出端子(4)，環(huán)繞著座架(3)上的電場旋轉(zhuǎn)中心、裝置著2對或2對以上的n對電極，同一對電極對稱地布裝在電場旋轉(zhuǎn)中心的兩側(cè)，接裝在多相位正弦電壓源(1)的電壓輸出端子(4)上的導(dǎo)線(2)依序與裝置在旋轉(zhuǎn)電場產(chǎn)生裝置座架(3)上的電極相連接。
專利摘要本實(shí)用新型多相位旋轉(zhuǎn)電場產(chǎn)生器由多相位正弦電壓源1與旋轉(zhuǎn)電場產(chǎn)生裝置及連接導(dǎo)線2組成。而所述的多相位正弦電壓源1中，電信號經(jīng)由微控制器PC控制的可編程邏輯門陣列電路FPGA輸入，在FPGA中建立相位累加器和正弦函數(shù)數(shù)據(jù)表，存入ROM中，分n路輸出到對應(yīng)的n路相同的數(shù)模轉(zhuǎn)換器D/A，每路數(shù)模轉(zhuǎn)換器D/A輸出到相同的一路濾波放大電路L，各濾波放大電路L以其電壓輸出端子4上連接著的導(dǎo)線2與旋轉(zhuǎn)電場產(chǎn)生裝置座架3上對應(yīng)配裝著的n對電極依序相連。運(yùn)用FPGA器件實(shí)現(xiàn)直接數(shù)字頻率合成的DDFS技術(shù)，產(chǎn)生多路初始相位可控、頻率可變的正弦電壓波形成旋轉(zhuǎn)速度、強(qiáng)度、方向可調(diào)控的電場，完全可適應(yīng)各種液態(tài)物質(zhì)的物理改性實(shí)驗(yàn)研究的應(yīng)用要求。
文檔編號G01N27/00GK2674447SQ20042003276
公開日2005年1月26日 申請日期2004年2月4日 優(yōu)先權(quán)日2004年2月4日
發(fā)明者郭慶, 秦旭, 李長俊, 陳尚松 申請人:桂林電子工業(yè)學(xué)院