一种搅拌子检测系统及其检测方法技术方案

本发明专利技术公开了一种搅拌子检测系统，该系统包括容器、搅拌子、磁力搅拌器、第一光电管、霍尔传感器、第二光电管和控制器；所述系统可以用于搅拌子运动状态的检测，检测方法包括以下步骤：步骤1、获得搅拌子的转动相位，记为θ1’，步骤2、分别获得永磁铁转盘的磁场相位，记为θ0，以及搅拌子的磁场相位，记为θ1，步骤3、根据搅拌子的转动相位对搅拌子的磁场相位进行校正，得搅拌子的校正相位，记为θ1”，步骤4、根据步骤2获得的θ0以及步骤3获得的θ1”，获得永磁铁转盘与搅拌子的相位差，并根据相位差判断搅拌子的运动状态。该系统对搅拌子的运动状态进行实时检测，能够及时检测出“失步”现象的发生，并进行调整以回归正常搅拌。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及实验设备领域，具体涉及一种磁力搅拌器，特别地，涉及一种搅拌子检测系统及其检测方法。
技术介绍
搅拌器是一种使液体或气体介质强迫对流并均匀混合的器件，尤其在生物、化学、材料或物质分析等多个领域的实验中作为一种常用的实验装置，常用的搅拌器包括机械连杆搅拌器和磁力搅拌器，机械连杆搅拌器是搅拌零件与驱动电机旋转轴连在一起的结构，其不会发生“失步”现象。磁力搅拌器是利用容器外部的旋转磁场带动磁性搅拌子旋转运动的，按生成旋转磁场的方法可分为两种：一种方法是用电机带动装着永磁铁的转盘，另一种方法是基于多个线圈生成不同相位的交变电流。相对于机械连杆搅拌器，磁力搅拌器有结构简单、体积小、对搅拌液体造成的污染较小等优点，但是，搅拌子在旋转过程中可能发生“失步”现象。发生失步现象的主要原因为搅拌子在旋转过程中受到的溶液阻力与搅拌子自身的惯性，导致搅拌子无法跟上或明显快于外部旋转磁场的旋转，出现不能转动或搅拌子飞出容器等现象。因此，“失步”现象对实验环境、实验结果、安全性等方面会造成各种影响。在现有技术中，为了避免出现搅拌子的“失步”现象，常用的策略是限制较低的外部旋转磁场转速，其转速是根据不同情况设定的，但是这种方法会导致搅拌溶液的混合均匀程度，甚至影响到实验、分析的结果。由于上述原因，本专利技术人对现有的磁力搅拌器进行改进，提出一种搅拌子检测系统，可以检测搅拌子的运动状态，及时更正搅拌子的“失步”现象，使其进行正常搅拌，从而完成本专利技术。
技术实现思路
为了克服上述问题，本专利技术人进行了锐意研究，设计出一种搅拌子检测系统，该系统可以检测搅拌子的运动状态，及时检测到“失步”现象，并对“失步”现象进行自动更正，使其恢复正常运转。具体来说，本专利技术的一方面在于提供一种搅拌子检测系统：(1)一种搅拌子检测系统，其中，该系统用于检测搅拌子的运动状态，其包括容器1、搅拌子2、搅拌器3、第一光电管4、霍尔传感器5、第二光电管6和控制器，其中，所述搅拌子包括普通搅拌子和校正搅拌子，所述普通搅拌子为纯白色，所述校正搅拌子的一端为白色、另一端为黑色；所述搅拌器3包括永磁铁转盘31和转盘带动器32；所述第一光电管4设置于永磁铁转盘31的下方，用于检测永磁铁转盘的起始位置；所述霍尔传感器5设置于永磁铁转盘31的上方、搅拌子2的下方，且其到永磁铁转盘的圆心的距离大于永磁铁转盘的半径，用于检测搅拌子和永磁铁转盘的磁场信号，其中，所述搅拌子为普通搅拌子；所述第二光电管6位于搅拌子2的上方，用于测量搅拌子2的转动相位，其中，所述搅拌子为校正搅拌子；所述控制器用于控制搅拌器3的转动，并接收和储存第一光电管4、霍尔传感器5和第二光电管6的输出信号；(2)根据上述(1)所述的系统，其中，在所述永磁铁转盘31上安装有两块方向相反的永磁铁311，用于形成外部磁场，和/或所述转盘带动器32为步进电机，所述步进电机包括驱动芯片，所述步进电机旋转一周所需要的脉冲数为N＝Np·Na·Nd，其中，Np为步进电机的极对数，Na为驱动芯片的换向节拍数，Nd为驱动芯片的细分步数；和/或所述控制器为单片机；(3)根据上述(1)或(2)所述的系统，其中，所述霍尔传感器与信号放大电路连接形成霍尔信号放大电路，用于检测搅拌子与永磁铁转盘之间的磁场信号，其中搅拌子产生的磁场为搅拌子磁场，记为永磁铁转盘产生的磁场为永磁铁转盘磁场，记为搅拌子磁场与永磁铁转盘磁场叠加后的磁场为叠加磁场，记为所述信号放大电路用于放大霍尔传感器的输出信号，优选地，所述信号放大电路为电容交流耦合放大电路8。本专利技术的另一方面在于提供一种检测搅拌子的运动状态的方法，具体体现在：(4)利用上述(1)至(3)之一所述的系统检测搅拌子的运动状态的方法，其中，所述方法包括以下步骤：步骤1、获得搅拌子的转动相位，记为θ1’；步骤2、分别获得永磁铁转盘的磁场相位，记为θ0，以及搅拌子的磁场相位，记为θ1；步骤3、根据步骤1获得的搅拌子的转动相位对搅拌子的磁场相位进行校正，得搅拌子的校正相位，记为θ1”；步骤4、根据步骤2获得的θ0以及步骤3获得的θ1”，获得永磁铁转盘与搅拌子的相位差，并根据相位差判断搅拌子的运动状态；(5)根据上述(4)所述的方法，其中，步骤1包括以下子步骤：步骤1-1、将校正搅拌子放于容器中，启动搅拌器；步骤1-2、第二光电管6发送红外光线，校正搅拌子在旋转时其白色一端检测到红外光线，并将红外光线反射回第二光电管6；步骤1-3、第二光电管6根据步骤1-2的反射光输出波动的信号，获得搅拌子的转动相位；和/或步骤2包括以下子步骤：步骤2-1、将校正搅拌子换为普通搅拌子，启动搅拌器；步骤2-2、通过霍尔传感器5检测磁场信号，同时采用步进电机进行磁场信号数据点的同步采集；步骤2-3、根据步骤2-2采集的磁场信号获得永磁铁转盘的磁场相位和搅拌子的磁场相位；和/或步骤3包括以下子步骤：步骤3-1、获得搅拌子的磁场相位θ1与搅拌子的转动相位θ1’之间的误差，并将所述误差传入控制器进行存储；步骤3-2、通过步骤3-1获得的误差对搅拌子的磁场相位进行校正，得搅拌子的校正相位θ1”；(6)根据上述(4)或(5)所述的方法，其中，在步骤1-3中，所得校正搅拌子的转动相位与普通搅拌子的转动相位相同，即代表搅拌子的转动相位，记为θ1’；和/或所述步骤1在所述系统第一次使用前或出厂前操作一次，后续使用中任选地进行步骤1；和/或在步骤2-2中，步进电机在控制单元中计数到Nd个脉冲时发生一次中断，即在步进电机旋转一周中能采集Np·Na个数据点，所述数据点磁场的信号数据，记为x[n]，其中n＝1，2，…，N，所述N为数据采集次数；(7)根据上述(4)至(6)之一所述的方法，其中，磁场相位通过式(1)-(3)得到：其中，a表示磁场的余弦分量，b表示磁场的正弦分量，θ表示磁场相位，x[n]为检测到的数据点，nωs为采集数据对应的磁场旋转角度；(8)根据上述(4)至(7)之一所述的方法，其中，根据式(1)-(3)得到相应参数a0、b0以及θ0，其中，a0为永磁铁转盘磁场的余弦分量，b0为永磁铁转盘磁场的正弦分量，x[1]为没有搅拌子情况下的检测到的数据点，θ0为永磁铁转盘的磁场相位，θ0反映永磁铁转盘相对于光电管的起始位置之间的偏移角度；和/或搅拌子的磁场相位由式(4)-(6)获得：a1＝a2-a0 式(4)b1＝b2-b0 式(5)其中，a2表示的余弦分量，b2表示的正弦分量，a1为搅拌子磁场的余弦分量，b1为搅拌子磁场的正弦分量，θ1为搅拌子的磁场相位；(9)根据上述(4)至(8)之一所述的方法，其中，在步骤4中，所述相位差由式(7)获得：Δθ＝θ1”-θ0 式(7)其中，Δθ为相位差，所得相位差反映搅拌子与永磁铁转盘的角度差；(10)根据上述(4)至(9)之一所述的方法，其中，在步骤4中，根据角度差(θm)判断搅拌子的运动状态：当角度差(θm)为一固定值时，搅拌子随着永磁铁转盘进行匀速转动，当角度差(θm)不稳定时，搅拌子处于摆动或游走的状态，当角度差为零时，搅拌子飞出搅拌体系。附图说明图1示出根据本专利技术一种优选实施方式的搅拌子检测系统的结构示意图；图2示出示出根据本专利技术一种优选实施方式的永磁铁转盘磁场与搅拌子磁本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种搅拌子检测系统，其特征在于，该系统用于检测搅拌子的运动状态，其包括容器(1)、搅拌子(2)、搅拌器(3)、第一光电管(4)、霍尔传感器(5)、第二光电管(6)和控制器，其中，所述搅拌子(2)包括普通搅拌子和校正搅拌子，所述普通搅拌子为纯白色，所述校正搅拌子的一端为白色、另一端为黑色；所述搅拌器(3)包括永磁铁转盘(31)和转盘带动器(32)；所述第一光电管(4)设置于永磁铁转盘(31)的下方，用于检测永磁铁转盘的起始位置；所述霍尔传感器(5)设置于永磁铁转盘(31)的上方、搅拌子(2)的下方，且其到永磁铁转盘(31)的圆心的距离大于永磁铁转盘的半径，用于检测搅拌子(2)和永磁铁转盘(31)的磁场信号，其中，所述搅拌子为普通搅拌子；所述第二光电管(6)位于搅拌子(2)的上方，用于检测搅拌子(2)的转动相位，其中，所述搅拌子为校正搅拌子；所述控制器用于控制搅拌器(3)的转动，并接收和储存第一光电管(4)、霍尔传感器(5)和第二光电管(6)的输出信号。

【技术特征摘要】
1.一种搅拌子检测系统，其特征在于，该系统用于检测搅拌子的运动状态，其包括容器(1)、搅拌子(2)、搅拌器(3)、第一光电管(4)、霍尔传感器(5)、第二光电管(6)和控制器，其中，所述搅拌子(2)包括普通搅拌子和校正搅拌子，所述普通搅拌子为纯白色，所述校正搅拌子的一端为白色、另一端为黑色；所述搅拌器(3)包括永磁铁转盘(31)和转盘带动器(32)；所述第一光电管(4)设置于永磁铁转盘(31)的下方，用于检测永磁铁转盘的起始位置；所述霍尔传感器(5)设置于永磁铁转盘(31)的上方、搅拌子(2)的下方，且其到永磁铁转盘(31)的圆心的距离大于永磁铁转盘的半径，用于检测搅拌子(2)和永磁铁转盘(31)的磁场信号，其中，所述搅拌子为普通搅拌子；所述第二光电管(6)位于搅拌子(2)的上方，用于检测搅拌子(2)的转动相位，其中，所述搅拌子为校正搅拌子；所述控制器用于控制搅拌器(3)的转动，并接收和储存第一光电管(4)、霍尔传感器(5)和第二光电管(6)的输出信号。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，在所述永磁铁转盘(31)上设置有两块方向相反的永磁铁(311)，用于形成外部磁场；和/或所述转盘带动器(32)为步进电机，所述步进电机包括驱动芯片，所述步进电机旋转一周所需要的脉冲数为N＝Np·Na·Nd，其中，Np为步进电机的极对数，Na为驱动芯片的换向节拍数，Nd为驱动芯片的细分步数；和/或所述控制器为单片机。3.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述霍尔传感器(5)与信号放大电路连接形成霍尔信号放大电路，用于检测搅拌子与永磁铁转盘之间的磁场信号，其中搅拌子产生的磁场为搅拌子磁场，记为永磁铁转盘产生的磁场为永磁铁转盘磁场，记为搅拌子磁场与永磁铁转盘磁场叠加后的磁场为叠加磁场，记为所述信号放大电路用于放大霍尔传感器的输出信号，优选地，所述信号放大电路为电容交流耦合放大电路(8)。4.利用权利要求1至3之一所述的系统检测搅拌子的运动状态的方法，其中，所述方法包括以下步骤：步骤1、获得搅拌子的转动相位，记为θ1’；步骤2、分别获得永磁铁转盘的磁场相位，记为θ0，以及搅拌子的磁场相位，记为θ1；步骤3、根据步骤1获得的搅拌子的转动相位对搅拌子的磁场相位进行校正，得搅拌子的校正相位，记为θ1”；步骤4、根据步骤2获得的θ0以及步骤3获得的θ1”，获得永磁铁转盘与搅拌子的相位差，并根据相位差判断搅拌子的运动状态。5.根据权利要求4所述的方法，其中，步骤1包括以下子步骤：步骤1-1、将校正搅拌子放于容器中，启动搅拌器；步骤1-2、第二光电管(6)发送红外光线，校正搅拌子在旋转时其白色一端检测到红外光线，并将红外光线反射回第二光...

【专利技术属性】
技术研发人员：夏吉安，卓晴，王福洋，
申请(专利权)人：北京先驱威锋技术开发公司，
类型：发明
国别省市：北京;11