发明名称 一种多功能采样器控制装置及其控制方法
摘要 本发明提出一种应用于外星球的多功能采样器控制装置及其控制方法,属于空间探测技术领域。装置包括:进给控制组件、体积测量控制组件、密封加热控制组件、取芯控制组件、旋转控制组件、样品台控制组件以及控制器。方法包括:步骤1,初始化准备工作;步骤2,将各个电机复位;步骤3,钻杆向下移动,实现下钻过程;步骤4,提钻与取芯;步骤5,将取得的样品放入样品炉;步骤6,体积测量;步骤7,密封加热和分析;步骤8,结束。本发明多功能采样器控制装置及其控制方法能够实现多次钻、采、放、体积测量、密封、加热与生成气体等功能。
申请公布号 CN104133388B 申请公布日期 2016.06.08
申请号 CN201410320464.0 申请日期 2014.07.04
申请人 北京航空航天大学 发明人 丁希仑;张涛;李京霖
分类号 G05B19/04(2006.01)I 主分类号 G05B19/04(2006.01)I
代理机构 北京永创新实专利事务所 11121 代理人 赵文利
主权项 一种多功能采样器控制装置,其特征在于,包括进给控制组件、体积测量控制组件、密封加热控制组件、取芯控制组件、旋转控制组件、样品台控制组件以及控制器7个模块;其中,所述的进给控制组件包括进给电机、进给电机Hall传感器、进给驱动器、进给微动开关和力传感器;进给控制组件用于控制多功能采样器中钻杆的下钻与提钻;控制器给进给驱动器发出动作信号,启动进给电机旋转运动;进给电机Hall传感器将进给电机的速度信号和Hall位置信号反馈给控制器;进给驱动器反馈进给电机的电流信号给控制器;进给微动开关输出I/O信号,力传感器用来监测进给力的大小,并反馈力信号;所述的体积测量控制组件包括体积测量电机,体积测量电机Hall传感器;体积测量驱动器以及体积测量微动开关;体积测量控制组件用于控制对采集的样品进行体积测量;控制器给体积测量驱动器发出动作信号;启动体积测量电机上下运动;体积测量电机Hall传感器将体积测量电机的速度信号和Hall位置信号反馈给控制器;体积测量驱动器反馈体积测量电机的电流信号给控制器;体积测量微动开关输出I/O信号给控制器,用于判别样品是否装满;所述的密封加热控制组件包括密封电机;密封电机Hall传感器;密封驱动器,密封微动开关;热电偶温度传感器以及加热电路;密封加热控制组件用于控制对样品的密封、加热和气体生成;控制器给密封驱动器发出动作信号;启动密封电机上下运动;密封电机Hall传感器将密封电机的速度信号和Hall位置信号反馈给控制器;密封驱动器将密封电机的电流信号反馈给控制器;密封微动开关输出I/O信号给控制器,加热电路接收到控制器的加热信号后开始加热;热电偶温度传感器将温度信号反馈给控制器;所述的取芯控制组件包括取芯电机;取芯电机Hall传感器以及取芯驱动器;取芯控制组件用于控制取芯管的采样与放样;控制器给取芯驱动器发出动作信号;启动取芯电机上下运动;取芯电机Hall传感器将取芯电机的速度信号和Hall位置信号反馈给控制器;取芯驱动器将电流信号反馈给控制器;所述的旋转控制组件包括旋转电机;旋转电机Hall传感器以及旋转驱动器;旋转控制组件用于控制钻杆的正转与反转;控制器给旋转驱动器发出动作信号;启动旋转电机转动;旋转电机Hall传感器将旋转电机的速度信号和Hall位置信号反馈给控制器;旋转驱动器将旋转电机的电流信号反馈给控制器;所述的样品台控制组件包括样品台电机;样品台电机Hall传感器;样品台驱动器;圆光栅;样品容器转盘以及样品炉;样品台控制组件用于精确控制样品容器转盘的位置状态;控制器给样品台驱动器发出动作信号;启动样品台电机转动;通过圆光栅实现精确角度定位;样品台电机Hall传感器将样品台电机的速度信号和Hall位置信号反馈给控制器;样品台驱动器将样品台电机的电流信号反馈给控制器;圆光栅记录样品台电机的位置信息,并反馈光栅位置信号;多功能采样器的结构如下:取芯电机通过取样管伸缩机构连接取芯管,取芯电机驱动取样管伸缩机构伸缩时带动取芯管上下运动,同时取芯管放在钻杆内部;取芯管上开有凹槽,顶针穿过凹槽固连取芯管和钻杆;当取芯管下端伸出钻杆时,进行采样,当取芯电机反向转动时,取芯管向上运动,顶针将样品顶出;完成放样过程;旋转电机安装在钻取平台上,通过键连接小齿轮,小齿轮和大齿轮啮合传动,大齿轮键连接钻杆;通过齿轮啮合带动钻杆正反转,做旋转运动,切削土壤;进给电机通过联轴器连接丝杠,丝杠通过进给丝杠螺母连接钻取平台,钻取平台通过齿轮锁紧螺母固定钻杆,当进给电机驱动丝杠旋转时,带动钻取平台上下运动,进而带动钻杆上下运动,实现下钻和提钻的过程;丝杠同时连接一个进给微动开关以及力传感器;进给微动开关与钻取平台上的顶杆相对应,当顶杆触动进给微动开关触头时,进给微动开关输出I/O信号反馈给控制器,钻取平台回归钻进零位;钻杆下端安有样品台电机,样品台电机上装有样品容器转盘,样品台电机驱动样品容器转盘进行转动;样品容器转盘底端装有圆光栅用于定位样品容器转盘,圆光栅与样品台电机以及样品容器转盘固定连接,样品容器转盘上固定有17个样品炉和一个钻杆过口,钻杆在采样时,控制器控制样品台电机转动,通过圆光栅对样品容器转盘实现精确角度定位,将样品容器转盘的钻杆过口转至钻杆正下方,钻杆穿过钻杆过口采样;体积测量电机通过触杆伸缩机构连接触杆,同时在触杆伸缩机构下方安有体积测量微动开关,当进行体积测量时,触杆伸缩机构触发体积测量微动开关的触头,说明样品炉中的样品未满;如果触杆接触样品,则说明样品炉中的样品装满;密封电机下方通过蜗轮蜗杆传动机构连接密封台;密封台上安有弹簧和密封微动开关,密封台向上运动触发密封微动开关触头,密封加热控制组件复位;弹簧下端连接密封件;密封件两端分别为进气道和出气道;同时密封台连接电连接器;通过加热电路连通样品炉;密封件的凸口跟样品炉的凹口相配合,保证密封状态。
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