[发明专利]一种感应热泡式水下微型驱动器的控制与测试系统

说明书

技术领域

本发明是一种感应热泡式水下微型驱动器的控制与测试系统，具体为采用现代电子控制方法与电路设计技术制作一种应用于感应热泡式水下微型驱动器运动控制与测试系统，该控制与测试系统可以实现对水下微型驱动器运动精确控制，并采用高速摄像机采集信息与位移标定的方法来检测水下微型驱动器的运动性能，属于微执行器的控制与测试领域。

背景技术

基于现代微细加工技术研制的水下微型执行器，例如水下微型机器人、机器鱼等，在进行水下探测领域具有重要的应用。微型驱动器是水下微型执行器重要组成部分，为其提供动力的来源。微型驱动器性能的好坏直接影响水下微型执行器正常的工作，因此，微型驱动器应该具备良好的可靠性与稳定性。感应热泡式水下微型驱动器是一种新型的驱动装置，在水下微型智能探测领域有广阔的应用前景。为了实现对该水下微型驱动器运动的精确控制与性能检测，本发明提出一种适用于感应热泡式水下微型驱动器的控制与测试系统。

发明内容

本发明的目的在实现对感应热泡式微型驱动器运动的精确控制与性能检测。感应热泡式水下微型驱动器利用感应加热原理与热泡式驱动方法研制而成，主要依靠气泡爆破产生的压力脉冲获得前进的驱动力。该水下微型驱动器运动性能主要取决于感应加热所需电源参数，如：功率、频率、加热时间与间歇时间等。控制系统主要由可编程控制器、快速响应固态继电器、高频脉冲发生器组成与功率放大器组成，可以通过设置不同加热参数来改变微型驱动器工作状态，进而实现运动的精确控制；检测系统主要由高速摄像机、计算机与位移标定装置组成，可以通过测试水下微型驱动器运动稳定性与速度大小，检测其运动性能。

本发明采用如下技术方案：

一种感应热泡式水下微型驱动器控制与测试系统，其包括计算机5、高速摄像机1、可编程控制器4、快速响应固态继电器3、高频脉冲发生器6、功率放大器7、标准电阻箱2、微型驱动器9、玻璃水池8、高精度刻度尺10，其特征在于：高频脉冲发生器6输出脉冲信号经功率放大器7放大后，传给快速响应固态继电器3的被控制端，微型驱动器9与标准电阻箱2串联后作为被控制对象与快速响应固态继电器3的被控制端连接，可编程控制器4控制信号输出端与继电器3控制信号输入端相连，控制信号可以定时控制继电器3的通断状态，进而精确控制负载电路通断状态；可编程控制器4通过数据线与计算机5相连，可以从计算机5获得控制程序与工作所需电源，并可以通过计算机5与高速摄像机1相连直接控制高速摄像机1的工作状态，高速摄像机1监控微型驱动器9的运动状态，具体为当微型驱动器9开始运动时，计算机5给高速摄像机1启动触发信号，使高速摄像机1开始采集运动信息，当微型驱动器9停止运动时，控制高速摄像机1停止采集信息工作；

高速摄像机1与计算机5连接，采集微型驱动器9在玻璃水池8中的运动过程，并将采集运动信息储存于计算机5中，高精度刻度尺10放置于玻璃水池8的底部，用于标定微型驱动器9的运动位移；

所述微型驱动器9为感应热泡式微型驱动器，其包括注水口11、感应线圈12、加热芯13、壳体14与喷水口15，微型驱动器9的两端分别设置有用于水流进入和喷射的注水口11和喷水口15，在微型驱动器9外壁上缠绕有感应线圈12；微型驱动器9的工作动力主要来源于感应加热与热泡式驱动，具体为给感应线圈12通入高频交流脉冲，线圈12周围产生高频交变磁场，加热芯13位于线圈12所产生的磁场中，加热芯13在变化磁场中内部就会产生电涡流，由于电涡流的热效应，加热芯13温度迅速上升，加热芯13周围的水在高温下迅速汽化，产生气泡18，迅速膨胀近1000倍，汽、液混合体爆破式喷射作为驱动力，使微型驱动器9产生向前的运动。

所述微型驱动器9采用高频脉冲电源，该电源采用高频脉冲发生器6产生功率与频率可调的信号脉冲，该信号脉冲经功率放大器7放大后，再通过固态继电器3传给微型驱动器9的感应线圈12。

所述标准电阻箱2，主要用来保护电路，保证微型驱动器9正常工作。

所述微型驱动器9实验控制系统采用固态继电器3控制电磁感应线圈12通断状态；通过可编程控制器4定时控制固态继电器3的通断状态，控制高频脉冲电源供给电磁感应线圈(12)的导通时间t1和间断时间t2，进而精确控制电磁感应线圈(12)的工作时加热时间和间歇时间；

所述的高频脉冲导通的时间是t1，间断的时间是t2，电压是U；高频脉冲的频率可选为10kHz～1MHz，t1可设为100ms～500ms,t2可设为300ms～600ms，电压U可设计为3V～12V。