一种电致应变材料的分时驱动与传感装置及其控制方法制造方法及图纸

一种电致应变材料的分时驱动与传感装置，包括采集电路、时序配置电路、驱动电路、电致应变材料和电极，电致应变材料上下均设有电极，其中，采集电路包括采集MCU和信号放大器；时序配置电路包括主MCU、时序生成器和高频电磁开关；驱动电路包括驱动MCU和功率输出器。本发明专利技术在现有电致应变材料加工工艺水平上，通过引入高频电磁开关，实现驱动与采集电路的高频通断，实现电致应变材料的分时驱动与传感，在低频段内实现了类同时驱动与传感的效果，即不需提高现有的加工复杂度，降低了系统成本，又降低了微尺度下的接线复杂等问题。此外，还丰富了组合功能可选性，通过时序配置使其既可用作单一的驱动器，又可用作单一的传感器，还可同时驱动与传感。

【技术实现步骤摘要】
一种电致应变材料的分时驱动与传感装置及其控制方法
本专利技术涉及一种基于电致应变材料的分时驱动与传感装置及控制方法，属于智能材料的微/纳控制领域。
技术介绍
电致应变材料是目前材料领域研究最为活跃的研究对象之一，常用的电致应变材料如压电陶瓷/聚合物、离子交换树脂金属复合材料(ionicpolymeric–metalcomposite,IPMC)、聚氯乙烯凝胶基(polyvinylchloridegel,PVCGel)，电致应变材料在电场作用下产生形变，同时在外部形变时将在两电极端子间形成微弱的电场信号。根据此特性，电致应变材料既可作为一种电驱动器，也可作为传感器。目前，电致应变材料的应用功能单一，仅用作驱动器或仅用作传感器。有部分应用通过在同一电致应变材料上添加多个相互隔离的电极，具备了同时驱动与传感的能力，但这种方式对材料的加工工艺要求较高，而且在微尺度下接线复杂。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术提出一种电致应变材料的分时驱动与传感装置及控制方法，既可以在低频形变响应情况下实现同时驱动与传感的功能，也可以降低现有解决方案的制备工艺要求。同时，该装置还可通过时序配置即可用作单一的驱动器，又可用作单一的传感器，还可同时作为驱动器与传感器。本专利技术中主要采用的技术方案为：一种电致应变材料的分时驱动与传感装置，包括采集电路、时序配置电路、驱动电路、电致应变材料和电极，所述电致应变材料上下面分别设有正负电极，其中，所述采集电路包括采集MCU和第一信号放大器，所述采集MCU的信号输入端与第一信号放大器的信号输出端连接，所述第一信号放大器的信号输入端与时序配置电路中的高频电磁开关的第一连接端连接；所述时序配置电路包括主MCU、时序生成器和高频电磁开关，所述主MCU的信号输出端与时序生成器的信号输入端连接，所述时序生成器的信号输出端与高频电磁开关的信号输入端相连，高频电磁开关的第二连接端与电致应变材料的正负电极相连接；所述驱动电路包括驱动MCU和功率输出器，所述驱动MCU的信号输出端与功率输出器的信号输入端连接，所述功率输出器的信号输出端与高频电磁开关的第三连接端连接；所述采集MCU、驱动MCU以及主MCU均提供外部程控接口，分别单独对内部逻辑进行调控。优选地，所述功率输出器包括微处理器、D/A转换器和第二信号放大器，所述微处理器的信号输入端与驱动MCU的信号输出端连接，所述微处理器的信号输出端与D/A转换器的信号输入端连接，所述D/A转换器的信号输出端与第二信号放大器的信号输入端连接，所述第二信号放大器的信号输出端与高频电磁开关的第三连接端连接。优选地，采用权利要求1所述的一种电致应变材料的分时驱动与传感装置对电致应变材料进行控制，具体方法如下：步骤1：主MCU根据外部程控接口的输入或者内部编程方式对电致应变材料的驱动和传感功能进行配置，并将配置信息传输至时序生成器；步骤2：所述时序生成器根据主MCU的配置信息自动生成高低电平信号，实现阶跃和脉冲信号的生成，并将生成的阶跃和脉冲信号传输至高频电磁开关；步骤3：所述高频电磁开关根据所述时序生成器的输出信号自动切换开关，当时序生成器保持高电平输出时，所述高频电磁开关接通驱动电路引入外部驱动电压信号，此时，电致应变材料作为驱动器，进入步骤4；当时序生成器保持低电平输出时，所述高频电磁开关接通采集电路，此时电致应变材料作为传感器，输出电传感信号，进入步骤5；当时序生成器保持高低电平信号脉冲输出时或者高低电平按时序切换时，所述高频电磁开关将根据时序生成器的输出信号有时序的控制驱动电路与采集电路的接通与断开，实现电致应变材料的分时驱动与传感；步骤4：当驱动电路接通时，功率输出器根据驱动MCU针对不同电致应变材料的配置进行算法控制与功率输出；步骤5：当采集电路接通时，采集MCU根据不同的电致应变材料，利用相应的非线性拟合模型与形变模拟方法实现对电致应变材料的形变感知。有益效果：本专利技术提供一种电致应变材料的分时驱动与传感装置及其控制方法，在现有电致应变材料加工工艺水平上，通过引入高频电磁开关，实现驱动与采集电路的高频切断，实现电致应变材料的分时驱动与传感，在低频段内实现了类同时驱动与传感的效果，即不需提高现有的加工复杂度，降低了系统成本，又降低了微尺度下的接线复杂等问题。此外，还丰富了组合功能可选性，通过时序配置使其既可用作单一的驱动器，又可用作单一的传感器，还可同时驱动与传感。附图说明图1是本专利技术装置的电路结构示意图。具体实施方式为了使本
的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。下面结合附图对本专利技术的技术方案做了进一步的详细说明：一种电致应变材料的分时驱动与传感装置，包括采集电路、时序配置电路、驱动电路、电致应变材料和电极，所述电致应变材料上下面分别设有正负电极，其中，所述采集电路包括采集MCU和第一信号放大器，所述采集MCU的信号输入端与第一信号放大器的信号输出端连接，所述第一信号放大器的信号输入端与时序配置电路中的高频电磁开关的第一连接端连接；所述采集MCU用于对采集的电压信号（该电压信号为电致应变材料变形后内部产生的电压）进行数据处理，针对电致变形材料的不同，根据采集的电压信号，利用非线性拟合，电致应变材料形变建模分析等方法预测感知电致应变材料的具体形迹；所述时序配置电路包括主MCU、时序生成器和高频电磁开关，所述主MCU的信号输出端与时序生成器的信号输入端连接，所述时序生成器的信号输出端与高频电磁开关的信号输入端相连，高频电磁开关的第二连接端与电致应变材料的正负电极相连接；所述的主MCU主要用于用户对传感或者驱动功能的配置，是用于控制本装置组合功能的主要部分；所述的时序生成器主要实现了阶跃和脉冲信号的生成，可根据主MCU的配置情况自动生成高低电平信号；所述的高频电磁开关主要用于切换电路，可根据所述时序生成器的输出信号自动切换开关，当高电平输出时，接通驱动电路引入外部驱动电压信号，此时，电致应变材料作为驱动器；当低电平输出时，接通采集电路输出微弱电传感信号，此时电致应变材料作为传感器；当高低电平信号脉冲输出时，所述高频电磁开关将有时序的控制驱动电路与采集电路的接通与断开，实现电致应变材料的分时驱动与传感；所述驱动电路包括驱动MCU和功率输出器，所述驱动MCU的信号输出端与功率输出器的信号输入端连接，所述功率输出器的信号输出端与高频电磁开关的第三连接端连接；所述的驱动MCU可根据不同的电致应变材料，配置输出电压信号，并考虑电致应变材料的非线性迟滞，通过理论建模（属于常规技术，包括Preisach模型、改进的PI模型、Bouc-Wen迟滞非线性模型，为本领域技术人员所掌握的现有技术，故而未加详述）等方法输出适当的电压以控制电致应变材料的形变。所述的功率输出器主要根据所述驱动MCU的输出，自动对电压进行放大，同时可以内置通用控制算法（该控制算法为通用的控制算法，为本领域人员掌握的常规技术手段，故而未加详述），所述微处理器中内置通用的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电致应变材料的分时驱动与传感装置，其特征在于：包括采集电路、时序配置电路、驱动电路、电致应变材料和电极，所述电致应变材料上下面分别设有正负电极，其中，所述采集电路包括采集MCU和第一信号放大器，所述采集MCU的信号输入端与第一信号放大器的信号输出端连接，所述第一信号放大器的信号输入端与时序配置电路中的高频电磁开关的第一连接端连接；所述时序配置电路包括主MCU、时序生成器和高频电磁开关，所述主MCU的信号输出端与时序生成器的信号输入端连接，所述时序生成器的信号输出端与高频电磁开关的信号输入端相连，高频电磁开关的第二连接端与电致应变材料的正负电极相连接；所述驱动电路包括驱动MCU和功率输出器，所述驱动MCU的信号输出端与功率输出器的信号输入端连接，所述功率输出器的信号输出端与高频电磁开关的第三连接端连接；所述采集MCU、驱动MCU以及主MCU均提供外部程控接口，分别单独对内部逻辑进行调控。

【技术特征摘要】
1.一种电致应变材料的分时驱动与传感装置，其特征在于：包括采集电路、时序配置电路、驱动电路、电致应变材料和电极，所述电致应变材料上下面分别设有正负电极，其中，所述采集电路包括采集MCU和第一信号放大器，所述采集MCU的信号输入端与第一信号放大器的信号输出端连接，所述第一信号放大器的信号输入端与时序配置电路中的高频电磁开关的第一连接端连接；所述时序配置电路包括主MCU、时序生成器和高频电磁开关，所述主MCU的信号输出端与时序生成器的信号输入端连接，所述时序生成器的信号输出端与高频电磁开关的信号输入端相连，高频电磁开关的第二连接端与电致应变材料的正负电极相连接；所述驱动电路包括驱动MCU和功率输出器，所述驱动MCU的信号输出端与功率输出器的信号输入端连接，所述功率输出器的信号输出端与高频电磁开关的第三连接端连接；所述采集MCU、驱动MCU以及主MCU均提供外部程控接口，分别单独对内部逻辑进行调控。2.根据权利要求1所述的一种电致应变材料的分时驱动与传感装置，其特征在于，所述功率输出器包括微处理器、D/A转换器和第二信号放大器，所述微处理器的信号输入端与驱动MCU的信号输出端连接，所述微处理器的信号输出端与D/A转换器的信号输入端连接，所述D/A转换器的信号输出端与第二信号放大器的信号输入端连接，所述第二信号放大器的信号输出端与高频电磁开...

【专利技术属性】
技术研发人员：张霖，王家乐，王延杰，
申请(专利权)人：河海大学常州校区，
类型：发明
国别省市：江苏,32