基本信息
- 项目名称：
- 应用叠加场原理制作的时钟基频源
- 来源：
- 第十一届“挑战杯”国赛作品
- 小类：
- 数理
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 本项目设计了一个重力场和永磁磁场叠加环境中运行的复摆系统，用改变磁场强度分布实现对复摆振动周期的调节，构建成可为时钟系统提供时基信号的基频源。同时，通过有一组并行输出口的外电路，基频源向外输送宽度可调的电脉冲，为后面的驱动机构提供能源。
- 详细介绍：
- 本作品的主体结构为三个单元：源动系——包括电源、一个扇形摆装置和一个外加永磁场，它为时钟系统提供时基信号脉冲和各传动机 构运行所需要的能源；驱动系——包括两个电磁推杆、一个触点开 关、一个光电耦合器和一个秒齿盘，其作用是将标准秒信号按一定 时序排列、传递和输出；显示系——由时、分、秒指针、同步轮、 同步带以及显示面板组成，显示运行中时钟指示的时间。 作品运用一个由永磁磁场构成的阻尼器对扇形摆的振动周期实施调节。所采用的非接触阻尼技术避免了传统方法中传动链由于电器、刚度、间隙、惯性、摩擦及制造精度等原因造成的误差。 其次，对现有时钟运动控制系统成功地作了改革，以一种十分简单的控制传动链取代了当今的步进电机或交流伺服电机作为执行电机的主流技术，从而避开了上述电机低速运行时因低频振动现象或参数选择上所必须所必须解决的诸多技术难题
作品图片
作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 为了进一步开发场能在现代运动控制系统中的应用。针对传统方法中传动控制链常常由于电器、刚度、间隙、惯性、摩擦及制造精度等误差形成的原因，作品利用永磁场的特点，设计了一个由组合永磁体产生的静态磁场，将它叠加在使一个复摆振动的重力场上，以实现对复摆振动非接触性阻尼调节的功能，达到控制复摆振动周期的目的。作品的创新点在于叠加场原理的构思和成功地把叠加场技术应用到现代控制系统这一领域，其技术关键是： 1.叠加场所需要的特定永磁场的设计与实现； 2.超低频基准脉冲发生器的设计与实现； 主要技术指标： 1.永磁场分布具有扇形对称性； 2.基频脉冲脉宽可调，脉冲频率不大于1Hz。
科学性、先进性
- 迄今为止，现代运动控制系统中大量运用的振动控制策略和技术，仍是以步进电机或交流伺服电机作为执行电机基础上的阻尼技术和驱动细分技术。这些技术的存在的不足之处是：步进电机驱动要达到较高细分度（如256细分），其电路将十分复杂，而要使伺服电机准确低速运行，电机参数的选择也存在很大的难度。 本作品根据所构思的叠加场原理，把一个自行设计的组合永磁体产生的静态磁场叠加在复摆振动的重力场上，实现了对复摆振动周期进行准确调节的功能。无论从系统构建的成本，系统结构的优化或者是运行中明显减少的误差引入环节与因素等哪个方面看，均较传统模式具有明显的优势。 技术分析说明详见组合永磁体磁场设计及磁场分布等值线图，磁场强度与梯度分布图，复摆受力分析图。
获奖情况及鉴定结果
- 本作品在2008年广东省第九届物理实验设计大赛中荣获一等奖
作品所处阶段
- 实验室阶段
技术转让方式
作品可展示的形式
- 实物 现场演示
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 时钟使用12伏直流电源，以扇形摆起振为启动方式。位于机构下方的永磁组合体可沿竖直方向小幅升降，用来调节扇形摆振动周期(即时钟运行的快慢)。 由触点开关接通的电路可输出时基信号脉冲，其宽度可通过改变扇形摆对开关的碰撞角度或开关触点的行程来调节。作为时钟运行驱动能源的标准电脉冲，由一个由光电开关控制的电路提供。改变光电开关的通断时间可调节脉冲的宽度，控制各单元的用电时间。 作品的技术特点及优势在于： 1.整机结构简单，运行稳定、准确。 2.运用叠加场原理，以组合永磁体构成的非接触性阻尼器在扇形摆运行的任意一个位置均可实现对扇形摆振动周期的柔性调节。 3.由一个等幅复摆为核心元件的超低频脉冲发生器为系统提供时基信号脉冲和各传动机构运行所需要能源。 作品通过永磁场实现的叠加场技术在现代运行控制系统中具有现代电磁阻尼器无机械摩擦和磨损、无需润滑、寿命长以及刚度与阻尼可控等一系列优点，而且还有结构简单、成本低的巨大优势，可以预期存在广阔的应用前景和开发价值。
同类课题研究水平概述
- 现代运动控制系统中，大量运用的振动控制策略和技术，仍然是以步进电机或交流伺服电机作为执行电机基础上的阻尼技术和驱动细分技术。为了提高控制水平和准确性，前者采用的方法是尽量提高细分精度（比如，目前步进电机驱动器可达到256细分），后者采用的手段是不断优化电机参数的选择，但两者都存在很大的难度。 当然,在采取阻尼技术之外也可以采用调速的方法来实现上述电机的低速运行.比如，采用电阻网络或数字电位器调节电机的分压，从而达到调速的目的。但是电阻网络只能实现有级别的调速，而数字电阻的元器件价格比较昂贵。更主要的问题在于一般电动机的电阻很小，但电流很大；分压不仅会降低效率，而且实现很困难。 又如，采用继电器对电动机的开或关进行控制，通过开关的切换对转动件的速度进行调节。整个方案的优点就是电路比较简单，缺点是继电器的响应时间慢、机械结构容易损坏，寿命较短、可靠性不高。 这些存在的问题的解决，尚在攻关之中，根本解决方案还有待时日。
