新型靜電場描繪儀的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種全自動(dòng)的新型靜電場描繪儀，屬于物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)備領(lǐng)域。該系統(tǒng)采用上位機(jī)為核心控制單元，加上采集卡、單片機(jī)、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、步進(jìn)電機(jī)等，能自動(dòng)采集、顯示和存儲(chǔ)模擬場的電勢數(shù)據(jù)。具體包括上位機(jī)、RS485采集卡、RS485轉(zhuǎn)232雙向轉(zhuǎn)換器、RS232連接線、STC89C52單片機(jī)、絲杠導(dǎo)軌、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、步進(jìn)電機(jī)、帶電極的水盒、排探針、穩(wěn)壓電源。本發(fā)明消除了不同軸誤差，排探針的掃描和數(shù)據(jù)的采集均實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化，大大提高了數(shù)據(jù)采集的效率。采集的同時(shí)，上位機(jī)軟件自動(dòng)繪出彩色的等勢線分布圖，并自動(dòng)保存數(shù)據(jù)和等勢線分布圖樣。測量速度快，精度高，操作簡單。
【專利說明】新型靜電場描繪儀

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于實(shí)驗(yàn)教學(xué)儀器領(lǐng)域，具體涉及一種用于物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的新型靜電場描 繪儀。 技術(shù)背景
[0002] 目前的靜電場描繪儀按照導(dǎo)電介質(zhì)的不同可分為：導(dǎo)電紙靜電場描繪儀、電解液 靜電場描繪儀和導(dǎo)電玻璃靜電場描繪儀。第一種是采用涂有石墨的導(dǎo)電紙作為電介質(zhì)，通 過探針和定位針，實(shí)現(xiàn)定量記錄和數(shù)據(jù)分析；第二種是用水來代替導(dǎo)電紙作電介質(zhì)，方法是 在一個(gè)透明的有機(jī)玻璃水槽中固定電極，然后在水槽中裝上適量的水，放到實(shí)驗(yàn)架的下層 進(jìn)行實(shí)驗(yàn)；第三種是用導(dǎo)電微晶作電介質(zhì)。
[0003] 用導(dǎo)電紙作電介質(zhì)存在的缺陷有：（1)導(dǎo)電紙上導(dǎo)電薄層涂得不均勻，導(dǎo)電紙電 阻在各個(gè)方向均勻性較差，這樣電流場分布與被模擬靜電場分布不完全一樣，使得實(shí)驗(yàn)準(zhǔn) 確度、重復(fù)性較差；（2)電極與導(dǎo)電紙的接觸不均勻，探針與導(dǎo)電紙的接觸會(huì)因人、因次數(shù) 而異，使得接觸電阻不穩(wěn)定，影響描繪結(jié)果；（3)測量時(shí)，探針在導(dǎo)電紙上接觸移動(dòng)且重復(fù) 接觸，使得導(dǎo)電紙破損，這樣一方面直接影響導(dǎo)電紙的導(dǎo)電性能，影響實(shí)驗(yàn)效果；另一方面 影響導(dǎo)電紙的使用壽命，頻繁更換導(dǎo)電紙，加大了實(shí)驗(yàn)成本。' 用導(dǎo)電微晶作電介質(zhì)來代替導(dǎo)電紙作電介質(zhì)的缺點(diǎn)是導(dǎo)電微晶價(jià)格貴，且導(dǎo)電微晶易 損壞。
[0004] 雖然用水來代替導(dǎo)電紙作電介質(zhì)也存在一定的缺陷，如：（1)水電解產(chǎn)生氣泡附 在電極表面。（2)水分子極化，產(chǎn)生束縛電荷影響模擬場；（3)需要換水，且水量對(duì)模擬效 果有影響。但是，由于水價(jià)格便宜，便于取材，因此，用水做電解質(zhì)進(jìn)行靜電場描繪的仍是主 流。
[0005] 按結(jié)構(gòu)不同可分為雙層描繪儀和單層描繪儀兩種。目前很多高校實(shí)驗(yàn)課所用的靜 電場描繪儀大都使用雙層結(jié)構(gòu)的描繪儀來描繪模擬靜電場。現(xiàn)有儀器連接上下兩探針的固 定手柄座質(zhì)量較大，與實(shí)驗(yàn)臺(tái)的摩擦力很大，在移動(dòng)時(shí)很難控制它的移動(dòng)位置。尤其是從靜 止到運(yùn)動(dòng)的瞬間和當(dāng)電壓表讀數(shù)很接近參考待測位置電壓而需要微小調(diào)節(jié)時(shí)，很難控制準(zhǔn) 確，因而導(dǎo)致誤差較大，影響實(shí)驗(yàn)效果，增加了實(shí)驗(yàn)的難度。此外，雙層結(jié)構(gòu)的描繪儀容易產(chǎn) 生"不同軸誤差"。當(dāng)上下兩層的探針不在同一軸線上，如果描繪時(shí)沒有轉(zhuǎn)動(dòng)，所得到的靜電 場分布可以說是被測電場的平移。但是，要求描繪時(shí)沒有轉(zhuǎn)動(dòng)是很困難的。有轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，在坐 標(biāo)紙上所描的等位點(diǎn)，就會(huì)與實(shí)際電場分布情況之間存在誤差，即"不同軸誤差"。
[0006] 傳統(tǒng)靜電場描繪儀在描繪靜電場時(shí)，先要尋找等位點(diǎn)。而尋找等位點(diǎn)的方法是用 伏特表通過描繪探針在被測電場范圍內(nèi)逐處測量，邊找邊觀察伏特表的讀數(shù)，當(dāng)伏特表的 讀數(shù)為設(shè)定值時(shí)，停下探針，然后將該點(diǎn)標(biāo)記在坐標(biāo)紙上。這種人工尋點(diǎn)的方法效率很低。
[0007] 從測試儀器發(fā)展的趨勢上看，總的趨勢是自動(dòng)化，智能化，高效化?？梢岳觅|(zhì)量 更高的數(shù)據(jù)采集和顯示方案，以更加便捷的方法實(shí)現(xiàn)靜電場的描繪。隨著科技的發(fā)展進(jìn)步， 以上位機(jī)為主控制中心的設(shè)計(jì)，其優(yōu)勢將逐步彰顯。在最終的設(shè)計(jì)中，我們?cè)O(shè)計(jì)出一種新型 靜電場描繪儀，將探針的移動(dòng)、數(shù)據(jù)的量化、數(shù)據(jù)的采集、數(shù)據(jù)的顯示等全部實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，提 高效率，降低成本。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 為解決上述問題，本發(fā)明提出一種新型靜電場描繪儀。從根本上消除了不同軸誤 差，大大提高了數(shù)據(jù)采集的效率，實(shí)時(shí)自動(dòng)繪出彩色的等勢線分布圖并能自動(dòng)保存數(shù)據(jù)和 等勢線分布圖樣。
[0009] 本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：該新型靜電場描繪儀由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、排探針掃描系 統(tǒng)、上位機(jī)三部分構(gòu)成，電場測繪軟件安裝在上位機(jī)中，所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集排探針掃 描系統(tǒng)探測的電壓信號(hào)，并傳輸至上位機(jī)，其特征在于：所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由排探針、第一 RS485采集卡、第二RS485采集卡、RS485轉(zhuǎn)232雙向轉(zhuǎn)換器、待測模擬場，12V穩(wěn)壓直流電 源和模擬場用穩(wěn)壓直流電源組成；排探針共有40根探針，編號(hào)依次為1、2、3……40,其中， 1-20號(hào)探針分別與第一RS485采集卡的模擬輸入端AIN1-20連接；21-40號(hào)探針分別與第 二RS485采集卡的模擬輸入端AIN1-20連接；12V穩(wěn)壓直流電源為第一RS485采集卡和第二 RS485采集卡供電，第一RS485采集卡的485G與第二RS485采集卡2的485G并聯(lián)后接到 RS485轉(zhuǎn)232雙向轉(zhuǎn)換器的GND，第一RS485采集卡的485A+與第二RS485采集卡的485A+ 并聯(lián)后接到RS485轉(zhuǎn)232雙向轉(zhuǎn)換器的T/R+，第一RS485采集卡的485B-與第二RS485采 集卡的485B-并聯(lián)后接到RS485轉(zhuǎn)232雙向轉(zhuǎn)換器的T/R- ;RS485轉(zhuǎn)232雙向轉(zhuǎn)換器的串 口端與上位機(jī)的串口連接；待測模擬場置于描繪平臺(tái)上，待測模擬場的兩個(gè)接線柱分別與 模擬場用穩(wěn)壓直流電源的正負(fù)極連接，待測模擬場為電解液模擬靜電場；第一RS485采集 卡的COM與第二RS485采集卡的COM并聯(lián)后接到模擬場用穩(wěn)壓直流電源的負(fù)極上； 排探針掃描系統(tǒng)由單片機(jī)、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、步進(jìn)電機(jī)，絲杠導(dǎo)軌和步進(jìn)驅(qū)動(dòng)電源構(gòu) 成，步進(jìn)電機(jī)與步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器連接，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器與步進(jìn)驅(qū)動(dòng)電源連接，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng) 器的PUL+和DIR+并聯(lián)后接單片機(jī)的P40 口，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的PUL- (PUL)接單片機(jī)的P8 口，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的DIR- (DIR)接單片機(jī)的P7 口，單片機(jī)的P20 口接地，單片機(jī)的P18 口與P19 口之間接一個(gè)11. 0592MHz的晶振，單片機(jī)的P10 口和P11 口通過USB線與上位機(jī) 的USB接口連接；所述排探針的排列方向與絲杠的軸向垂直，排探針經(jīng)橫梁與金屬桿連結(jié) 在一起，金屬桿插入套筒中，套筒固定在磁力座上，磁力座利用磁力鎖定在絲杠導(dǎo)軌上。
[0010] 所述排探針由40P排針和杜邦彩排線構(gòu)成，排針為單排長針，針的間距為2. 54mm， 針長30mm，杜邦彩排線為40P彩排線。
[0011] 所述步進(jìn)電機(jī)的步距角為1. 8°，絲杠導(dǎo)軌的絲桿導(dǎo)程為4mm，脈沖周期為2mS，排 探針在堅(jiān)直方向移動(dòng)0. 02mm。
[0012] 所述電場測繪軟件按下述流程運(yùn)行： (1) 開始； (2) 設(shè)置通信1參數(shù)和通信2參數(shù)；設(shè)置通信1參數(shù)，點(diǎn)擊后在串口設(shè)置界面選擇 C0M1 ;設(shè)置通信2參數(shù)點(diǎn)擊后在串口設(shè)置界面選擇COM3 ; (3) 選擇掃描方式； (4) 設(shè)置采樣周期； (5) 畫圖； (6) 保存； (7) 結(jié)束。
[0013] 采用上述技術(shù)方案的有益效果：傳統(tǒng)的靜電場描繪儀工作時(shí)需要尋找等位點(diǎn)，通 常的做法是用連接伏特表的探針在被測模擬場內(nèi)逐處測量，一邊移動(dòng)探針一邊觀察伏特 表，當(dāng)伏特表的讀數(shù)為設(shè)定值時(shí)，停止移動(dòng)探針，將該點(diǎn)標(biāo)記在坐標(biāo)紙上。然后重復(fù)上述操 作，直到點(diǎn)的數(shù)目足夠多、能夠大致描繪等勢線的分布情況為止，所以，尋點(diǎn)的效率特別低。 本發(fā)明利用上位機(jī)通過采集卡直接量化和采集測量點(diǎn)的電勢值，通過軟件直接給出模擬場 的等勢線分布圖；利用單片機(jī)、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，步進(jìn)電機(jī)和絲杠導(dǎo)軌實(shí)現(xiàn)排探針位置的移 動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)排探針的縱向掃描運(yùn)動(dòng)，以達(dá)到對(duì)模擬場一定區(qū)域(面積99. 06mmX99. 06mm) 處于邊長為2. 54mm的方格網(wǎng)點(diǎn)的各點(diǎn)電勢值的自動(dòng)測量。在獲得各點(diǎn)電勢數(shù)據(jù)的同時(shí)，利 用軟件進(jìn)行畫圖，將不同位置的電勢值在畫圖區(qū)域?qū)?yīng)位置用不同的顏色來表示，從而得 到直觀的彩色電勢分布圖。測試完畢，數(shù)據(jù)和圖片可以保存和輸出。不僅效率高，而且準(zhǔn)確 度高。此外，本發(fā)明使用排探針直接測量各點(diǎn)的電勢值，利用軟件直接給出模擬場的等勢線 分布圖。輸出的數(shù)據(jù)可以利用Origin軟件或Matlab軟件進(jìn)一步分析和研究。和以往的 雙層靜電場描繪儀相比，從根本上克服了不同軸誤差，避免了描繪結(jié)果與實(shí)際電場分布情 況之間的差別。排探針的掃描、數(shù)據(jù)的量化、采集、存儲(chǔ)均實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化，大大提高了數(shù)據(jù)采 集的效率。
[0014] 由于使用水作電解質(zhì)，同以往的使用導(dǎo)電紙作電介質(zhì)相比，不存在導(dǎo)電紙因?qū)щ?薄層涂抹不均勻，電極與導(dǎo)電紙接觸不良和重復(fù)測量使導(dǎo)電紙破損等問題。同以往的使用 導(dǎo)電微晶作電介質(zhì)相比，克服了導(dǎo)電微晶價(jià)格昂貴、易于損壞的弊端。
[0015] 本發(fā)明原理簡單、成本低廉、容易操作、效果直觀，完全可以取代傳統(tǒng)的靜電場描 繪方法，在模擬靜電場的測量，教學(xué)和研究方面具有重要意義，具有一定的推廣價(jià)值。
[0016] 本發(fā)明靜電場描繪儀具體特點(diǎn)如下： 1、以一維掃描和排探針設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)"二維掃描"。
[0017] 由于需要對(duì)一定區(qū)域內(nèi)處于一定邊長的方格網(wǎng)點(diǎn)的各點(diǎn)電勢值進(jìn)行測量，如果采 用單一探針，就必須讓探針在該區(qū)域進(jìn)行二維掃描。這需要用到XY-工作臺(tái)，不僅成本升 高，而且對(duì)探針位置的控制難度加大，測試的效率降低。如果采用二維網(wǎng)格分布的探針陣 列，數(shù)據(jù)的采集將加大難度，成本也會(huì)增加。本發(fā)明利用一維掃描和排探針設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)"二維 掃描"。排探針的40個(gè)針在橫向等間隔排列，相當(dāng)于一個(gè)針在橫向取40個(gè)位置，所以，排探 針相當(dāng)于一個(gè)針的橫向掃描。再加上排探針整體在縱向的一維掃描，綜合起來相當(dāng)于一個(gè) 針的二維掃描。信號(hào)采集的控制和步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)的控制都降低了難度，成本也下降了，大大 提高了數(shù)據(jù)采集的效率。
[0018] 2、用2個(gè)20路的采集卡取代40路或64路采集卡。
[0019] 選擇用兩個(gè)20路的RS485采集卡，這兩個(gè)采集卡的輸出端并聯(lián)后通過RS485轉(zhuǎn) 232雙向轉(zhuǎn)換器與上位機(jī)相連。不僅電路簡單，成本低，而且保證了較高的數(shù)據(jù)采集效率。
[0020] 3、利用顏色表示數(shù)值。
[0021] 測試給出1600個(gè)測試點(diǎn)的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)點(diǎn)分布在一個(gè)40行、40列的方格點(diǎn)陣 上，每一個(gè)點(diǎn)都有自己的橫坐標(biāo)、縱坐標(biāo)和電勢值。為得到模擬場的等勢線，本發(fā)明利用軟 件將電勢值劃分不同的段，每段用一種顏色標(biāo)示，這樣就得到一個(gè)彩色的等勢線分布圖樣， 難度較小，效果直觀。
[0022] 4、數(shù)據(jù)點(diǎn)排列和坐標(biāo)紙相似。
[0023] 由于選用的步進(jìn)電機(jī)的步距角為1.8°，絲桿的導(dǎo)程為4mm，因此，步進(jìn)電機(jī)每 走一步，排探針在堅(jiān)直方向移動(dòng)〇. 〇2mm，脈沖周期為2mS，因此，選取數(shù)據(jù)采集周期為 4 -、2= 254m5。這樣，所有的數(shù)據(jù)點(diǎn)將分布在邊長為2.54_的方格網(wǎng)點(diǎn)上，和坐標(biāo) 0,02 紙相似，便于理解和分析。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0024] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)例對(duì)本發(fā)明詳細(xì)進(jìn)行描述。
[0025] 圖1本發(fā)明的系統(tǒng)原理圖。
[0026] 圖2本發(fā)明的排探針掃描系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0027] 圖3本發(fā)明的軟件流程圖。
[0028] 圖4本發(fā)明實(shí)施例的長直同軸柱形靜電場等勢線的描繪圖。
[0029] 圖5本發(fā)明實(shí)施例的兩等量異種點(diǎn)電荷靜電場等勢線的描繪圖。
[0030] 圖6本發(fā)明實(shí)施例的聚焦電極靜電場等勢線的描繪圖。
[0031] 圖7用Origin軟件處理數(shù)據(jù)得到長直同軸柱形靜電場電勢的三維圖。
[0032] 圖8用Origin軟件處理數(shù)據(jù)得到長直同軸柱形靜電場等勢線分布圖。

【具體實(shí)施方式】
[0033] 如圖1所示的新型靜電場描繪儀，主要由排探針掃描系統(tǒng)9、待測模擬場(水盒） 11、第一RS485數(shù)據(jù)采集卡2、第二RS485數(shù)據(jù)采集卡8、上位機(jī)3、STC89C52單片機(jī)4、步進(jìn) 電機(jī)驅(qū)動(dòng)器6、步進(jìn)電機(jī)7、步進(jìn)驅(qū)動(dòng)電源5、12V穩(wěn)壓直流電源1和模擬場用穩(wěn)壓直流電源 10構(gòu)成。第一、二數(shù)據(jù)采集卡選用長空電子生產(chǎn)的20路RS485采集卡，能同時(shí)實(shí)現(xiàn)20路 信號(hào)的轉(zhuǎn)換。模擬場用穩(wěn)壓直流電源的正負(fù)極分別與待測模擬場(水盒）的兩個(gè)電極相連， 水盒內(nèi)注入適量清水，建立待測的模擬場。排探針的40根針依次與第一RS485采集卡和第 二RS485采集卡的40個(gè)模擬量輸入端相連接。第一RS485采集卡的COM端和第二RS485 采集卡的COM端并聯(lián)，然后連接到水盒和模擬場用穩(wěn)壓直流電源負(fù)極相連的接線柱上。第 一RS485采集卡的V+與第二RS485采集卡的V+并聯(lián)后接到12V穩(wěn)壓直流電源的正極；第 一RS485采集卡的V-與第二RS485采集卡的V-并聯(lián)后接到12V穩(wěn)壓直流電源的負(fù)極。第 一RS485采集卡的485G與第二RS485采集卡的485G并聯(lián)后接到RS485轉(zhuǎn)232雙向轉(zhuǎn)換器 的GND，第一RS485采集卡的485A+與第二RS485采集卡的485A+并聯(lián)后接到RS485轉(zhuǎn)232 雙向轉(zhuǎn)換器的T/R+，第一RS485采集卡的485B-與第二RS485采集卡的485B-并聯(lián)后接到 RS485轉(zhuǎn)232雙向轉(zhuǎn)換器的T/R-。RS485轉(zhuǎn)232雙向轉(zhuǎn)換器的串口端與上位機(jī)的串口通過 九針串口線連接。
[0034] 如圖2所示的排探針掃描系統(tǒng)，由STC89C52單片機(jī)4、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器6、步進(jìn)電 機(jī)7,絲杠導(dǎo)軌18和步進(jìn)驅(qū)動(dòng)電源5構(gòu)成，步進(jìn)電機(jī)7與步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器6連接，步進(jìn)電機(jī) 驅(qū)動(dòng)器6與步進(jìn)驅(qū)動(dòng)電源5連接，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的PUL+和DIR+并聯(lián)后接單片機(jī)的P40 口，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的TOL- (PUL)接單片機(jī)的P8 口，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的DIR- (DIR)接單 片機(jī)的P7 口，單片機(jī)的P20 口接地，單片機(jī)的P18 口與P19 口之間接一個(gè)11. 0592MHz的晶 振，單片機(jī)的P10 口和P11 口通過USB線與上位機(jī)的USB接口連接；所述排探針12的排列 方向與絲杠的軸向垂直，排探針12經(jīng)橫梁13與金屬桿14連結(jié)在一起，金屬桿14插入套筒 16中，由壓緊螺栓15緊固，套筒16固定在磁力座17上，磁力座17利用磁力鎖定在絲杠導(dǎo) 軌18上。所述排探針由40P排針和杜邦彩排線構(gòu)成，排針為單排長針，針的間距為2. 54mm， 針長30mm，杜邦彩排線為40P彩排線。所述步進(jìn)電機(jī)的步距角為1.8°，絲杠導(dǎo)軌的絲桿導(dǎo) 程為4mm，脈沖周期為2mS，排探針在堅(jiān)直方向移動(dòng)0. 02mm。
[0035] 圖3為本發(fā)明的軟件流程圖，上位機(jī)中安裝電場測繪軟件，該電場測繪軟件按下 述流程運(yùn)行： 1、 開始； 2、 設(shè)置通信1參數(shù)和通信2參數(shù)；設(shè)置通信1參數(shù)，點(diǎn)擊后在串口設(shè)置界面選擇C0M1 ; 設(shè)置通信2參數(shù)點(diǎn)擊后在串口設(shè)置界面選擇COM3 ; 3、 選擇掃描方式； 4、 設(shè)置采樣周期； 5、 畫圖； 6、 保存； 7、 結(jié)束。 實(shí)施例
[0036] 利用本發(fā)明的新型靜電場描繪儀和控制方法，分別采集長直同軸柱形電極模擬 場，兩等量異種點(diǎn)電荷模擬場和聚焦電極模擬場的數(shù)據(jù)，水盒電極所加電壓依次為9. 9V，6V 和 6. 5V。
[0037] 測試結(jié)果 按照上述測試條件，采用本發(fā)明的新型靜電場描繪儀描繪模擬場的等勢線分布圖。上 位機(jī)軟件給出的等勢線分布分別如圖4,圖5和圖6所示。
[0038] 將本發(fā)明的新型靜電場描繪儀保存的數(shù)據(jù)用Origin軟件處理，可得到三種模擬 場的電勢三維圖和等勢線分布。其中，長直同軸柱形靜電場的電勢三維圖如圖7所示，等勢 線分布如圖8所示。比較可知，上位機(jī)軟件給出的模擬場的等勢線分布圖與Origin軟件處 理得到的等勢線分布圖反映的規(guī)律是一樣的，只不過，Origin軟件給出的等勢線的條數(shù)更 多、曲線更平滑。
【權(quán)利要求】
1. 一種新型靜電場描繪儀，由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、排探針掃描系統(tǒng)、上位機(jī)三部分構(gòu)成，電 場測繪軟件安裝在上位機(jī)中，所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集排探針掃描系統(tǒng)探測的電壓信號(hào)，并 傳輸至上位機(jī)，其特征在于：所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由排探針、第一RS485采集卡、第二RS485采 集卡、RS485轉(zhuǎn)232雙向轉(zhuǎn)換器、待測模擬場，12V穩(wěn)壓直流電源和模擬場用穩(wěn)壓直流電源組 成；排探針共有40根探針，編號(hào)依次為1、2、3……40,其中，1-20號(hào)探針分別與第一 RS485 采集卡的模擬輸入端4預(yù)1-20連接；21-40號(hào)探針分別與第二1?485采集卡的模擬輸入端 AIN1-20連接；12V穩(wěn)壓直流電源為第一 RS485采集卡和第二RS485采集卡供電，第一 RS485 采集卡的485G與第二RS485采集卡2的485G并聯(lián)后接到RS485轉(zhuǎn)232雙向轉(zhuǎn)換器的GND， 第一 RS485采集卡的485A+與第二RS485采集卡的485A+并聯(lián)后接到RS485轉(zhuǎn)232雙向轉(zhuǎn) 換器的T/R+，第一 RS485采集卡的485B-與第二RS485采集卡的485B-并聯(lián)后接到RS485 轉(zhuǎn)232雙向轉(zhuǎn)換器的T/R- ;RS485轉(zhuǎn)232雙向轉(zhuǎn)換器的串口端與上位機(jī)的串口連接；待測模 擬場置于描繪平臺(tái)上，待測模擬場的兩個(gè)接線柱分別與模擬場用穩(wěn)壓直流電源的正負(fù)極連 接，待測模擬場為電解液模擬靜電場；第一 RS485采集卡的COM與第二RS485采集卡的COM 并聯(lián)后接到模擬場用穩(wěn)壓直流電源的負(fù)極上； 所述排探針掃描系統(tǒng)由單片機(jī)、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、步進(jìn)電機(jī)，絲杠導(dǎo)軌和步進(jìn)驅(qū)動(dòng)電源 構(gòu)成，步進(jìn)電機(jī)與步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器連接，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器與步進(jìn)驅(qū)動(dòng)電源連接，步進(jìn)電機(jī)驅(qū) 動(dòng)器的TOL+和DIR+并聯(lián)后接單片機(jī)的P40 口，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的PUL- (PUL)接單片機(jī)的 P8 口，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的DIR-(DIR)接單片機(jī)的P7 口，單片機(jī)的P20 口接地，單片機(jī)的P18 口與P19 口之間接一個(gè)11. 0592MHz的晶振，單片機(jī)的P10 口和P11 口通過USB線與上位機(jī) 的USB接口連接；所述排探針的排列方向與絲杠的軸向垂直，排探針經(jīng)橫梁與金屬桿連結(jié) 在一起，金屬桿插入套筒中，套筒固定在磁力座上，磁力座利用磁力鎖定在絲杠導(dǎo)軌上；所 述電場測繪軟件按下述流程運(yùn)行： (1) 開始； (2) 設(shè)置通信1參數(shù)和通信2參數(shù)；設(shè)置通信1參數(shù)，點(diǎn)擊后在串口設(shè)置界面選擇C0M1 ; 設(shè)置通信2參數(shù)點(diǎn)擊后在串口設(shè)置界面選擇COM3 ; (3) 選擇掃描方式； (4) 設(shè)置采樣周期； (5) 畫圖； (6) 保存； (7) 結(jié)束。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型靜電場描繪儀，其特征在于：所述排探針由40P排針和 杜邦彩排線構(gòu)成，排針為單排長針，針的間距為2. 54mm，針長30mm，杜邦彩排線為40P彩排 線。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型靜電場描繪儀，其特征在于：所述步進(jìn)電機(jī)的步距角為 1. 8° ,絲杠導(dǎo)軌的絲桿導(dǎo)程為4mm，脈沖周期為2mS，排探針在堅(jiān)直方向移動(dòng)0. 02mm。
【文檔編號(hào)】G09B23/18GK104408997SQ201410618970
【公開日】2015年3月11日 申請(qǐng)日期:2014年11月6日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月6日
【發(fā)明者】石明吉, 王生釗, 劉忠超, 丁淑娟, 郝清海 申請(qǐng)人:南陽理工學(xué)院