[发明专利]一种电致应变材料的分时驱动与传感装置及其控制方法

说明书

一种电致应变材料的分时驱动与传感装置，包括采集电路、时序配置电路、驱动电路、电致应变材料和电极，电致应变材料上下均设有电极，其中，采集电路包括采集MCU和信号放大器；时序配置电路包括主MCU、时序生成器和高频电磁开关；驱动电路包括驱动MCU和功率输出器。本发明在现有电致应变材料加工工艺水平上，通过引入高频电磁开关，实现驱动与采集电路的高频通断，实现电致应变材料的分时驱动与传感，在低频段内实现了类同时驱动与传感的效果，即不需提高现有的加工复杂度，降低了系统成本，又降低了微尺度下的接线复杂等问题。此外，还丰富了组合功能可选性，通过时序配置使其既可用作单一的驱动器，又可用作单一的传感器，还可同时驱动与传感。

技术领域

本发明涉及一种基于电致应变材料的分时驱动与传感装置及控制方法，属于智能材料的微/纳控制领域。

背景技术

电致应变材料是目前材料领域研究最为活跃的研究对象之一，常用的电致应变材料如压电陶瓷/聚合物、离子交换树脂金属复合材料(ionic polymeric–metal composite,IPMC)、聚氯乙烯凝胶基(poly vinyl chloride gel, PVC Gel)，电致应变材料在电场作用下产生形变，同时在外部形变时将在两电极端子间形成微弱的电场信号。根据此特性，电致应变材料既可作为一种电驱动器，也可作为传感器。目前，电致应变材料的应用功能单一，仅用作驱动器或仅用作传感器。有部分应用通过在同一电致应变材料上添加多个相互隔离的电极，具备了同时驱动与传感的能力，但这种方式对材料的加工工艺要求较高，而且在微尺度下接线复杂。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出一种电致应变材料的分时驱动与传感装置及控制方法，既可以在低频形变响应情况下实现同时驱动与传感的功能，也可以降低现有解决方案的制备工艺要求。同时，该装置还可通过时序配置即可用作单一的驱动器，又可用作单一的传感器，还可同时作为驱动器与传感器。

本发明中主要采用的技术方案为：

一种电致应变材料的分时驱动与传感装置，包括采集电路、时序配置电路、驱动电路、电致应变材料和电极，所述电致应变材料上下面分别设有正负电极，其中，

所述采集电路包括采集MCU和第一信号放大器，所述采集MCU的信号输入端与第一信号放大器的信号输出端连接，所述第一信号放大器的信号输入端与时序配置电路中的高频电磁开关的第一连接端连接；

所述时序配置电路包括主MCU、时序生成器和高频电磁开关，所述主MCU的信号输出端与时序生成器的信号输入端连接，所述时序生成器的信号输出端与高频电磁开关的信号输入端相连，高频电磁开关的第二连接端与电致应变材料的正负电极相连接；

所述驱动电路包括驱动MCU和功率输出器，所述驱动MCU的信号输出端与功率输出器的信号输入端连接，所述功率输出器的信号输出端与高频电磁开关的第三连接端连接；

所述采集MCU、驱动MCU以及主MCU均提供外部程控接口，分别单独对内部逻辑进行调控。

优选地，所述功率输出器包括微处理器、D/A转换器和第二信号放大器，所述微处理器的信号输入端与驱动MCU的信号输出端连接，所述微处理器的信号输出端与D/A转换器的信号输入端连接，所述D/A转换器的信号输出端与第二信号放大器的信号输入端连接，所述第二信号放大器的信号输出端与高频电磁开关的第三连接端连接。

优选地，采用权利要求1所述的一种电致应变材料的分时驱动与传感装置对电致应变材料进行控制，具体方法如下：

步骤1：主MCU根据外部程控接口的输入或者内部编程方式对电致应变材料的驱动和传感功能进行配置，并将配置信息传输至时序生成器；

步骤2：所述时序生成器根据主MCU的配置信息自动生成高低电平信号，实现阶跃和脉冲信号的生成，并将生成的阶跃和脉冲信号传输至高频电磁开关；