一种高速往复运动平台制造技术

本发明专利技术涉及一种高速往复运动平台。该平台包括支撑组件、滑动组件、驱动组件、复位组件和控制组件。滑动组件包含导轨，导磁性的牵引环套在导轨上，并通过导管与载荷连接。驱动组件包含若干级沿导轨轴向依次布置的线圈及其配套电路。复位组件是由步进电机驱动丝杠带动偏心螺母平移，从而推动滑动组件复位。控制组件包括安装在导管上的光栅，以及激光收发器、嵌入式控制器以及计算机。还可以包含将滑动组件、复位组件套在其中的石英玻璃管，以实现真空操作。本发明专利技术基于线圈炮原理，使用多级线圈驱动，相较于压缩气体或者电机驱动，本发明专利技术的加速度更高，能够在更短的距离和更短的时间内加速到更高的速度；且本发明专利技术的结构简单、紧凑，显著降低了成本。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于往复运动平台
，特别涉及一种高速往复运动平台。
技术介绍
在托卡马克等磁约束聚变实验装置中，等离子体内部磁场、悬浮电位、电子密度和电子温度等参数沿径向的分布对于了解装置的运行状态、改善等离子体的约束以及研究边界等离子体物理等极为重要。一种较为实用的获取等离子体参数径向分布的办法是将磁探针或者朗缪尔探针安装在高速往复运动的平台上，通过在放电过程中对等离子体的某个区域进行扫描，从而得到等离子体参数的径向分布。目前已有的高速往复探针主要有两种驱动方式：利用压缩空气驱动(Boedo,J.et al.,2009.RSI；Yan,L.et al.,2005.RSI)，或者利用伺服电机驱动(Zhang,W.et al.,2010.RSI)。这两种方式都需要复杂的驱动机构，运动部件较为沉重，惯性很大。因此，虽然它们的驱动功率都很高，但其实际最高运动速度均不超过3m/s，仅适用于稳定且持续时间较长的等离子体放电，不能用于测量快速变化或者脉冲时间较短的等离子体。并且，复杂的机构导致这两种探针空间占用较多，造价较高。
技术实现思路
针对现有技术不足，本专利技术提供了一种高速往复运动平台。一种高速往复运动平台，包括支撑组件、滑动组件、驱动组件、复位组件和控制组件；所述支撑组件包括底座1、前盖3和后盖2，用于支撑驱动组件、滑动组件和复位组件；所述滑动组件，导轨6的前后两端分别固定在前盖3和后盖2上，在导轨6的前后两端设有弹簧17；牵引环8具有导磁性，其套在导轨6上，位于前后弹簧17之间，并能够沿导轨6自由滑动；牵引环8的前侧连接有导管7，所述导管7穿出前盖3与载荷连接；输出信号的引线12的前端与载荷连接，后端依次穿过前盖3和后盖2引出，并与计算机连接；所述驱动组件包括线圈4及其配套电源、开关；若干级线圈4沿导轨6的轴向依次布置；其中，后侧的若干级线圈4为加速线圈，用以在一定的时间和位移范围内，将牵引环8加速至预设速度；前侧的若干级线圈4为减速线圈，其中一部分用以控制牵引环8快速停止前进，另一部分用以在前端的弹簧17恢复原长的过程中，避免牵引环8的运动速度过快；所述复位组件，丝杠15与导轨6平行设置，其前后两端与前盖3和后盖2连接，且其后端通过联轴器14与步进电机11连接，偏心螺母13套在丝杠15上，位于牵引环8的前侧，并能够沿丝杠15平移；所述控制组件，光栅16平行安装于导管7上，垂直于光栅16安装激光收发器；所述激光收发器包括相对应的激光发射器18和激光接收器19；所述开关、步进电机11、激光发射器18和激光接收器19分别与嵌入式控制器连接，所述嵌入式控制器与计算机连接。所述线圈4由前后两块夹板5夹紧固定，所述夹板5固定在支撑组件上。所述开关采用IGBT。所述高速往复运动平台还包括石英玻璃管9，所述石英玻璃管9的前后两端分别固定在前盖3和后盖2上；所述导轨6及其上的弹簧17，牵引环8及前盖3后侧的导管7，丝杠15及其上的偏心螺母13均置于石英玻璃管9内；所述线圈4依次套在石英玻璃管9外侧；石英玻璃管9的前后两端分别设有密封法兰，所述密封法兰分别位于前盖3和后盖2的外侧，用以与真空泵或者真空室连接，进行高真空环境下的操作。一种高速往复运动平台的控制方法，包括以下步骤：用户先通过控制计算机设定所需的速度和位移时序，并将设置写入嵌入式控制器；牵引环8的初始位置在第一级线圈4的后方，嵌入式控制器接收到触发信号后，触发第一级线圈4，线圈电流迅速增加并产生强磁场，牵引环8受到磁场吸引开始加速运动，并通过导管7带动载荷运动；同时，嵌入式控制器触发激光收发器，根据激光接收器19发送的信号计算并记录滑动组件的速度、位移和运动方向；嵌入式控制器根据牵引环8的实时位置依次接通其他各级线圈4控制牵引环8的运动；随着各级加速线圈的依次接通，牵引环8达到预设速度，并以预设速度继续向前运动一段距离后接触到导轨6前端的弹簧17，前端的弹簧17开始被压缩，牵引环8开始减速，待牵引环8抵达预定位置，再依次触发相应的减速线圈，使牵引环8迅速停止前进，此时前端的弹簧17处于压缩状态并开始恢复原状，在弹簧17恢复原长的过程中，由相应的减速线圈控制牵引环8的速度，避免牵引环8向后盖2方向运动时的速度过快；滑动组件静止后，嵌入式控制器控制步进电机11驱动丝杠15，通过偏心螺母13将滑动组件回收至起始位置；待往复运动完成后，嵌入式控制器将所记录的数据传输给计算机；牵引环8带动载荷运动过程中，载荷的信号通过引线12输出至计算机。所述高速往复运动平台依次包括三组激光收发器；嵌入式控制器控制每组激光收发器交替开关，由激光接收器19交替输出方波信号至嵌入式控制器，且三个激光接收器19的方波信号之间的相位依次相差120°，嵌入式控制器根据方波信号的频率、周期数和相位关系分别计算并记录滑动组件的速度、位移和运动方向。本专利技术的有益效果为：1、本专利技术基于线圈炮的原理，依次向多个线圈注入千安级瞬时大电流，在一系列不同位置产生强大的轴向磁场，驱动往复平台在10毫秒以内迅速加速至超过20m/s。本专利技术加速快，远超现有往复探针的速度，高于已有方案至少一个数量级，最大位移超过20cm；2、本专利技术使用线圈作为驱动器，工作可靠，体积紧凑，免维护；3、本专利技术中运动组件和驱动组件没有实体连接，非常容易实现真空隔离，因此，本专利技术可应用于高真空环境。附图说明图1为一种高速往复运动平台的结构示意图；图2a为用于测量位置的光栅系统；图2b为用于测量位置的方波信号；图3为驱动线圈电源电路；图4为系统控制框图。标号说明：1-底座，2-后盖，3-前盖，4-线圈，5-夹板，6-导轨，7-导管，8-牵引环，9-石英玻璃管，10-螺杆，11-步进电机，12-引线，13-偏心螺母，14-联轴器，15-丝杠，16-光栅，17-弹簧，18-激光发射器，19-激光接收器，20-激光光路，C1-储能电容，L1-线圈4的电感，R1-线圈4的电阻，R2-大功率无感电阻，D1、D2-二极管，D3-IGBT内部集成的二极管。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术做进一步说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本专利技术的范围及其应用。如图1所示一种高速往复运动平台，包括支撑组件、密封组件、滑动组件、驱动组件、复位组件和控制组件。所述支撑组件用于支撑驱动组件、滑动组件、密封组件和复位组件；前盖3和后盖2的底部设有螺纹孔，通过螺栓固定在不锈钢底座1的前后两端。所述密封组件，石英玻璃管9的前后两端分别固定在前盖3和后盖2上，在石英玻璃管9的前后两端分别设有CF100标准刀口密封法兰，所述密封法兰分别位于前盖3和后盖2的外侧，用以与真空泵或者真空室连接，进行高真空环境下的操作。所述滑动组件，四根导轨6位于石英玻璃管9内，其前后两端分别固定在前盖3和后盖2上，在导轨6的前后两端分别设有缓冲弹簧17；牵引环8由高磁导率的碳钢制成，其上开有四个圆孔，套在所述四根导轨6上，位于前后弹簧17之间，并能够沿导轨6自由滑动；牵引环8的前侧通过螺纹连接导管7，所述导管7穿出前盖3与载荷连接，载荷可以为探针或者其他；用于载荷输出信号的引线12，其前端与载荷连接，后端依次穿过前盖3和后盖2引出，并与计算机连接；其中，从牵本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高速往复运动平台，其特征在于，其包括支撑组件、滑动组件、驱动组件、复位组件和控制组件；所述支撑组件包括底座(1)、前盖(3)和后盖(2)，用于支撑驱动组件、滑动组件和复位组件；所述滑动组件，导轨(6)的前后两端分别固定在前盖(3)和后盖(2)上，在导轨(6)的前后两端设有弹簧(17)；牵引环(8)具有导磁性，其套在导轨(6)上，位于前后弹簧(17)之间，并能够沿导轨(6)自由滑动；牵引环(8)的前侧连接有导管(7)，所述导管(7)穿出前盖(3)与载荷连接；输出信号的引线(12)的前端与载荷连接，后端依次穿过前盖(3)和后盖(2)引出，并与计算机连接；所述驱动组件包括线圈(4)及其配套电源、开关；若干级线圈(4)沿导轨(6)的轴向依次布置；其中，后侧的若干级线圈(4)为加速线圈，用以在一定的时间和位移范围内，将牵引环(8)加速至预设速度；前侧的若干级线圈(4)为减速线圈，其中一部分用以控制牵引环(8)快速停止前进，另一部分用以在前端的弹簧(17)恢复原长的过程中，避免牵引环(8)的运动速度过快；所述复位组件，丝杠(15)与导轨(6)平行设置，其前后两端与前盖(3)和后盖(2)连接，且其后端通过联轴器(14)与步进电机(11)连接，偏心螺母(13)套在丝杠(15)上，位于牵引环(8)的前侧，并能够沿丝杠(15)平移；所述控制组件，光栅(16)平行安装于导管(7)上，垂直于光栅(16)安装激光收发器；所述激光收发器包括相对应的激光发射器(18)和激光接收器(19)；所述开关、步进电机(11)、激光发射器(18)和激光接收器(19)分别与嵌入式控制器连接，所述嵌入式控制器与计算机连接。...

【技术特征摘要】
1.一种高速往复运动平台，其特征在于，其包括支撑组件、滑动组件、驱动组件、复位组件和控制组件；所述支撑组件包括底座(1)、前盖(3)和后盖(2)，用于支撑驱动组件、滑动组件和复位组件；所述滑动组件，导轨(6)的前后两端分别固定在前盖(3)和后盖(2)上，在导轨(6)的前后两端设有弹簧(17)；牵引环(8)具有导磁性，其套在导轨(6)上，位于前后弹簧(17)之间，并能够沿导轨(6)自由滑动；牵引环(8)的前侧连接有导管(7)，所述导管(7)穿出前盖(3)与载荷连接；输出信号的引线(12)的前端与载荷连接，后端依次穿过前盖(3)和后盖(2)引出，并与计算机连接；所述驱动组件包括线圈(4)及其配套电源、开关；若干级线圈(4)沿导轨(6)的轴向依次布置；其中，后侧的若干级线圈(4)为加速线圈，用以在一定的时间和位移范围内，将牵引环(8)加速至预设速度；前侧的若干级线圈(4)为减速线圈，其中一部分用以控制牵引环(8)快速停止前进，另一部分用以在前端的弹簧(17)恢复原长的过程中，避免牵引环(8)的运动速度过快；所述复位组件，丝杠(15)与导轨(6)平行设置，其前后两端与前盖(3)和后盖(2)连接，且其后端通过联轴器(14)与步进电机(11)连接，偏心螺母(13)套在丝杠(15)上，位于牵引环(8)的前侧，并能够沿丝杠(15)平移；所述控制组件，光栅(16)平行安装于导管(7)上，垂直于光栅(16)安装激光收发器；所述激光收发器包括相对应的激光发射器(18)和激光接收器(19)；所述开关、步进电机(11)、激光发射器(18)和激光接收器(19)分别与嵌入式控制器连接，所述嵌入式控制器与计算机连接。2.根据权利要求1所述一种高速往复运动平台，其特征在于，所述线圈(4)由前后两块夹板(5)夹紧固定，所述夹板(5)固定在支撑组件上。3.根据权利要求1所述一种高速往复运动平台，其特征在于，所述开关采用IGBT。4.根据权利要求1所述一种高速往复运动平台，其特征在于，还包括石英玻璃管(9)，所述石英玻璃管(9)的前后两端分别固定在前盖(3)和后盖(2)上；所述导轨(6)及其上的弹簧(17)，牵引环(8)及前盖(3)后侧的导管(7)...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘文斌，谭熠，高喆，王文浩，冯春华，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11