基于直流电机加编码器的光度计光栅控制机构的制作方法

1.本技术涉及光度计领域，具体而言，涉及基于直流电机加编码器的光度计光栅控制机构。


背景技术：

2.目前现有的光度计中丝杆是由步进电机驱动，然而由于步进电机转速较低、转速越高扭矩越小，在波长快速移动的情况下，会出现丝杆抱死问题。限制了光栅控制机构中滑块的移动速度和精度，难以满足光谱快速扫描的需要。
3.因此，如何克服上述问题是目前亟需解决的技术难题。


技术实现要素：

4.本技术的目的在于提供一种基于直流电机加编码器的光度计光栅控制机构及驱动方法，其能够改善上述问题。
5.本技术的实施例是这样实现的：
6.第一方面，本技术提供一种基于直流电机加编码器的光度计光栅控制机构，其包括光栅座、直流电机、编码器、联轴器、丝杆支架、丝杆、丝母滑块、伺服驱动器和控制器；所述直流电机固定在所述丝杆支架上，所述直流电机通过所述联轴器带动所述丝杆转动；所述联轴器之间固定连接有导轨，所述丝母滑块一侧对称连接有导轮，所述导轨位于所述导轮之间；所述丝杆与所述丝母滑块配合移动，所述丝杆与所述联轴器连接；所述控制器、所述直流电机和所述编码器均与所述伺服驱动器连接；所述编码器还与所述控制器连接，所述控制器用于读取所述编码器反馈的位置信号；所述丝母滑块与所述光栅座连接。
7.在一可能的实施例中，上述直流电机为直流无刷电机。
8.在一可能的实施例中，上述编码器为1000线编码器。
9.在一可能的实施例中，上述编码器设有编码器信号线，编码器信号线反馈给所述伺服驱动器的同时也反馈给所述控制器，以形成双反馈控制。
10.在一可能的实施例中，上述联轴器为柔性联轴器。
11.在一可能的实施例中，上述丝杆的螺距为1毫米，其中，所述丝母滑块移动1毫米对应光栅的波长移动为20纳米，所述丝母滑块移动1毫米需要所述丝杆转动360度，所述丝杆转动360度对应所述编码器为1000个脉冲信号，一个所述脉冲信号对应的波长移动精度为0.02纳米。
12.在一可能的实施例中，上述伺服驱动器型号为acs306。
13.在一可能的实施例中，上述控制器的型号为stm32f103zet6。
14.在一可能的实施例中，上述光栅座上设有臂杆；所述臂杆通过活动座与所述丝母滑块连接；
15.在一可能的实施例中，上述丝母滑块通过所述臂杆和所述活动座带动光栅转动。
16.第二方面，本技术提供一种驱动方法，所述驱动方法用于驱动如第一方面任意一
项所述的基于直流电机加编码器的光度计光栅控制机构，所述驱动方法包括：所述控制器向所述伺服驱动器发送脉冲信号和转向信号；所述伺服驱动器根据所述脉冲信号和所述转向信号控制所述直流电机带动所述丝杆转动；所述编码器在所述丝杆转动时反馈位置信号至所述伺服驱动器和所述控制器；所述控制器解码所述位置信号得到所述丝母滑块的位置信息，以便于根据所述位置信息控制光栅转动。
17.上述本技术提供的一种基于直流电机加编码器的光度计光栅控制机构及驱动方法，通过设置光栅座、直流电机、编码器、联轴器、丝杆支架、丝杆、丝母滑块、伺服驱动器和控制器，从而通过所述编码器调节丝母滑块的移动速度和精度，以满足光谱快速扫描的需要。其次，通过采用直流电机结合编码器驱动光栅机构，从而可以实现波长驱动功能使得可以实现更大扭矩和转速的同时，还具有更高的位置精度；进一步地，通过编码器位置信号的双重反馈，能够有效实现波长移动精度为0.02nm；进一步地，还能够提高光谱扫描速度。
18.为使本技术的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
19.为了更清楚地说明本技术实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
20.图1是本技术实施例提供的一种基于直流电机加编码器的光度计光栅控制机构的结构示意图；
21.图2为图1所示的一种基于直流电机加编码器的光度计光栅控制机构的电路结构示意图；
22.图3为图1所示的一种基于直流电机加编码器的光度计光栅控制机构中的光栅座的结构示意图；
23.图4是本技术另一实施例提供的一种驱动方法的流程示意图。
24.附图标记：
25.100-基于直流电机加编码器的光度计光栅控制机构；110-光栅座；120-直流电机；130-编码器；140-联轴器；150-丝杆支架；160-丝杆；170-丝母滑块；180-伺服驱动器；190-控制器；111-臂杆；113-固定件；115-活动座；161-导轨；163-导轮。
具体实施方式
26.下面将结合本技术实施例中附图，对本技术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技术一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本技术实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本技术的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本技术的范围，而是仅仅表示本技术的选定实施例。基于本技术的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
27.请参照图1至图3，本实施例提供一种基于直流电机加编码器的光度计光栅控制机
构100，其包括光栅座110、直流电机120、编码器130、联轴器140、丝杆支架150、丝杆160、丝母滑块170、伺服驱动器180和控制器190。
28.其中，光栅座110与丝母滑块170连接。
29.可选地，光栅座110上设有臂杆111；臂杆111的一端与活动座115转动连接，活动座115与丝母滑块170固定连接，臂杆111的另一端与光栅座110连接。其中，丝母滑块170通过臂杆111和活动座115带动光栅(图中未示)转动。
30.可选地，臂杆111通过固定件113固定在光栅座110上。
31.可选地，臂杆111与光栅座110连接处设有滑孔，以便于臂杆111进行伸缩运动，从而带动光栅座110移动，进而带动光栅座110内的光栅(图中未示)转动。
32.也就是说，由于丝母滑块170在丝杆160的带动下进行滑动，通过自身的滑动来通过臂杆111带动光栅转动。
33.应理解，光栅可以属于该基于直流电机加编码器的光度计光栅控制机构100，也可以属于外部结构，即该基于直流电机加编码器的光度计光栅控制机构100用于驱动该光栅。在此，不作具体限定。
34.其中，直流电机120固定在丝杆支架150上，直流电机120通过联轴器140带动丝杆160转动。
35.可选地，直流电机120为直流无刷电机。
36.可选地，直流电机120的额定电压24vdc，额定转速3000转/分钟，额定转矩0.125牛米，直流电机120的动力线包括u、v、w三根导线，直流电机120通过直流电机动力线连接至伺服驱动器180。
37.可选地，直流电机120为高速直流电机。
38.其中，联轴器140之间固定连接有导轨161，丝母滑块170一侧对称连接有导轮163，导轨161位于导轮163之间。
39.可选地，丝母滑块170通过导轮163沿着导轨161移动，导轨161对丝母滑块170进行限位，使丝母滑块170能够随着丝杆160的转动而水平移动。
40.其中，编码器130用于反馈位置信号至伺服驱动器180的同时也反馈给控制器190，以形成双反馈控制。
41.可选地，编码器130为1000线编码器。
42.可选地，编码器130设有编码器信号线，编码器信号线包括电源vcc、地gnd、信号ea+、信号ea-、信号eb+、信号eb-六根导线。编码器130通过编码器信号线反馈位置信号给伺服驱动器180的同时也反馈给控制器190，以形成双反馈控制。
43.可选地，联轴器140为柔性联轴器。直流电机120固定在丝杆支架150上，以通过柔性联轴器与丝杆160进行连接。
44.其中，丝杆160与丝母滑块170配合移动(例如，紧密配合)，也就是说，丝母滑块170是安装在丝杆160上，且可以在丝杆160上移动(或滑动)。
45.可选地，丝杆160的螺距为1毫米，其中，丝母滑块170移动1毫米对应光栅的波长移动为20纳米，丝母滑块170移动1毫米需要丝杆160转动360度，丝杆160转动360度对应编码器130为1000个脉冲信号，一个脉冲信号对应的波长移动精度为0.02纳米。
46.可选地，丝杆160为螺纹丝杆。
47.当然，在实际使用中，丝杆160也可以选择非螺纹丝杆，在此，不作具体限定。
48.可选地，伺服驱动器型号为acs306。
49.应理解，上述型号仅为示例，而非限定。
50.其中，控制器190、直流电机120和编码器130均与伺服驱动器180连接。编码器130还与控制器190连接，控制器190用于读取编码器130反馈的位置信号。
51.可选地，控制器190可以是mcu(微控制单元，microcontroller unit)。
52.可选地，控制器190的型号为stm32f103zet6。
53.可选地，控制器190包括转动方向控制线、转动步数控制线、使能控制线和工作状态检测线共4组信号。
54.作为一种实现方式，控制器190包括控制端口和检测端口，检测端口与编码器130连接，控制端口与伺服驱动器180连接。
55.可选地，控制端口包括转动方向控制、转动步数控制、使能控制、工作状态检测。
56.在上述实现过程中，本实施例提供的基于直流电机加编码器的光度计光栅控制机构100，通过设置光栅座110、直流电机120、编码器130、联轴器140、丝杆支架150、丝杆160、丝母滑块170、伺服驱动器180和控制器190，从而通过编码器130调节丝母滑块170的移动速度和精度，以满足光谱快速扫描的需要。其次，通过采用直流电机120结合编码器130驱动光栅机构，从而可以实现波长驱动功能使得可以实现更大扭矩和转速的同时，还具有更高的位置精度；进一步地，通过编码器130位置信号的双重反馈，能够有效实现波长移动精度为0.02nm；进一步地，还能够提高光谱扫描速度。进一步地，本技术通过采用了高速直流电机120和编码器130双重反馈的控制方式，满足了高精度仪器的需求，提高了产品性能。
57.请参照图4所示，本技术实施例还提供一种驱动方法，驱动方法用于驱动如上述的基于直流电机加编码器的光度计光栅控制机构100，驱动方法包括：
58.步骤s201，控制器190向伺服驱动器180发送脉冲信号和转向信号。
59.作为一种实现方式，控制器190通过转动方向控制线、转动步数控制线、使能控制线和工作状态检测线等信号线向伺服驱动器180发送脉冲信号和转向信号。
60.步骤s202，伺服驱动器180根据脉冲信号和转向信号控制直流电机120带动丝杆160转动。
61.作为一种实施方式，伺服驱动器180在接收到脉冲信号和转向信号后，解析脉冲信号和转向信号后，通过u、v、w三根动力线控制直流电机120带动丝杆160转动。
62.步骤s203，编码器130在丝杆160转动时反馈位置信号至伺服驱动器180和控制器190。
63.应理解，位置信号为编码后的信号。
64.作为一种实现方式，编码器通过信号ea+、信号ea-、信号eb+、信号eb-将位置信号编码后发送至伺服驱动器180，并同时基于信号ea+、信号ea-、信号eb+、信号eb-将该编码后的位置信号也发送至控制器190，以形成双反馈控制。
65.步骤s204，控制器190解码位置信号得到丝母滑块170的位置信息，以便于根据位置信息控制光栅转动。
66.综上，本技术提供的一种基于直流电机加编码器的光度计光栅控制机构及驱动方法，通过设置光栅座110、直流电机120、编码器130、联轴器140、丝杆支架150、丝杆160、丝母
滑块170、伺服驱动器180和控制器190，从而通过编码器130调节丝母滑块170的移动速度和精度，以满足光谱快速扫描的需要。其次，通过采用直流电机120结合编码器130驱动光栅机构，从而可以实现波长驱动功能使得可以实现更大扭矩和转速的同时，还具有更高的位置精度；进一步地，通过编码器130位置信号的双重反馈，能够有效实现波长移动精度为0.02nm；进一步地，还能够提高光谱扫描速度。
67.在本技术的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
68.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
69.在本技术的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。以上所述仅为本技术的优选实施例而已，并不用于限制本技术，对于本领域的技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。