一種攪拌子檢測系統及其檢測方法
【專利摘要】本發明公開了一種攪拌子檢測系統，該系統包括容器、攪拌子、磁力攪拌器、第一光電管、霍爾傳感器、第二光電管和控制器；所述系統可以用于攪拌子運動狀態的檢測，檢測方法包括以下步驟：步驟1、獲得攪拌子的轉動相位，記為θ1’，步驟2、分別獲得永磁鐵轉盤的磁場相位，記為θ0，以及攪拌子的磁場相位，記為θ1，步驟3、根據攪拌子的轉動相位對攪拌子的磁場相位進行校正，得攪拌子的校正相位，記為θ1”，步驟4、根據步驟2獲得的θ0以及步驟3獲得的θ1”，獲得永磁鐵轉盤與攪拌子的相位差，并根據相位差判斷攪拌子的運動狀態。該系統對攪拌子的運動狀態進行實時檢測，能夠及時檢測出“失步”現象的發生，并進行調整以回歸正常攪拌。
【專利說明】
一種攪拌子檢測系統及其檢測方法
技術領域
[0001] 本發明涉及實驗設備領域，具體涉及一種磁力攪拌器，特別地，涉及一種攪拌子檢 測系統及其檢測方法。
【背景技術】
[0002] 攪拌器是一種使液體或氣體介質強迫對流并均勻混合的器件，尤其在生物、化學、 材料或物質分析等多個領域的實驗中作為一種常用的實驗裝置，常用的攪拌器包括機械連 桿攪拌器和磁力攪拌器，機械連桿攪拌器是攪拌零件與驅動電機旋轉軸連在一起的結構， 其不會發生"失步"現象。
[0003] 磁力攪拌器是利用容器外部的旋轉磁場帶動磁性攪拌子旋轉運動的，按生成旋轉 磁場的方法可分為兩種:一種方法是用電機帶動裝著永磁鐵的轉盤，另一種方法是基于多 個線圈生成不同相位的交變電流。相對于機械連桿攪拌器，磁力攪拌器有結構簡單、體積 小、對攪拌液體造成的污染較小等優點，但是，攪拌子在旋轉過程中可能發生"失步"現象。 發生失步現象的主要原因為攪拌子在旋轉過程中受到的溶液阻力與攪拌子自身的慣性，導 致攪拌子無法跟上或明顯快于外部旋轉磁場的旋轉，出現不能轉動或攪拌子飛出容器等現 象。因此，"失步"現象對實驗環境、實驗結果、安全性等方面會造成各種影響。在現有技術 中，為了避免出現攪拌子的"失步"現象，常用的策略是限制較低的外部旋轉磁場轉速，其轉 速是根據不同情況設定的，但是這種方法會導致攪拌溶液的混合均勻程度，甚至影響到實 驗、分析的結果。
[0004] 由于上述原因，本發明人對現有的磁力攪拌器進行改進，提出一種攪拌子檢測系 統，可以檢測攪拌子的運動狀態，及時更正攪拌子的"失步"現象，使其進行正常攪拌，從而 完成本發明。
【發明內容】
[0005] 為了克服上述問題，本發明人進行了銳意研究，設計出一種攪拌子檢測系統，該系 統可以檢測攪拌子的運動狀態，及時檢測到"失步"現象，并對"失步"現象進行自動更正，使 其恢復正常運轉。
[0006] 具體來說，本發明的一方面在于提供一種攪拌子檢測系統：
[0007] (1)-種攪拌子檢測系統，其中，該系統用于檢測攪拌子的運動狀態，其包括容器 1、攪拌子2、攪拌器3、第一光電管4、霍爾傳感器5、第二光電管6和控制器，其中，
[0008] 所述攪拌子包括普通攪拌子和校正攪拌子，所述普通攪拌子為純白色，所述校正 攪拌子的一端為白色、另一端為黑色；
[0009] 所述攪拌器3包括永磁鐵轉盤31和轉盤帶動器32;
[0010] 所述第一光電管4設置于永磁鐵轉盤31的下方，用于檢測永磁鐵轉盤的起始位置； [0011]所述霍爾傳感器5設置于永磁鐵轉盤31的上方、攪拌子2的下方，且其到永磁鐵轉 盤的圓心的距離大于永磁鐵轉盤的半徑，用于檢測攪拌子和永磁鐵轉盤的磁場信號，其中， 所述攪拌子為普通攪拌子；
[0012] 所述第二光電管6位于攪拌子2的上方，用于測量攪拌子2的轉動相位，其中，所述 攪拌子為校正攪拌子；
[0013] 所述控制器用于控制攪拌器3的轉動，并接收和儲存第一光電管4、霍爾傳感器5和 第二光電管6的輸出信號；
[0014] (2)根據上述(1)所述的系統，其中，
[0015] 在所述永磁鐵轉盤31上安裝有兩塊方向相反的永磁鐵311，用于形成外部磁場， 和/或
[0016] 所述轉盤帶動器32為步進電機，所述步進電機包括驅動芯片，所述步進電機旋轉 一周所需要的脈沖數為N = NP ? Na ? Nd，其中，NP為步進電機的極對數，Na為驅動芯片的換向 節拍數，Nd為驅動芯片的細分步數;和/或
[0017]所述控制器為單片機；
[0018] (3)根據上述(1)或(2)所述的系統，其中，
[0019] 所述霍爾傳感器與信號放大電路連接形成霍爾信號放大電路，用于檢測攪拌子與 永磁鐵轉盤之間的磁場信號，其中攪拌子產生的磁場為攪拌子磁場，記為1C永磁鐵轉盤 產生的磁場為永磁鐵轉盤磁場，記為攪拌子磁場與永磁鐵轉盤磁場疊加后的磁場為疊 5 加磁場，記為呑m :
[0020] 所述信號放大電路用于放大霍爾傳感器的輸出信號，優選地，所述信號放大電路 為電容交流耦合放大電路8。
[0021] 本發明的另一方面在于提供一種檢測攪拌子的運動狀態的方法，具體體現在：
[0022] (4)利用上述（1)至(3)之一所述的系統檢測攪拌子的運動狀態的方法，其中，所述 方法包括以下步驟：
[0023] 步驟1、獲得攪拌子的轉動相位，記為0^ ;
[0024] 步驟2、分別獲得永磁鐵轉盤的磁場相位，記為0〇,以及攪拌子的磁場相位，記為01;
[0025] 步驟3、根據步驟1獲得的攪拌子的轉動相位對攪拌子的磁場相位進行校正，得攪 拌子的校正相位，記為0:"；
[0026] 步驟4、根據步驟2獲得的0〇以及步驟3獲得的0廣，獲得永磁鐵轉盤與攪拌子的相位 差，并根據相位差判斷攪拌子的運動狀態；
[0027] (5)根據上述(4)所述的方法，其中，
[0028] 步驟1包括以下子步驟：
[0029]步驟1-1、將校正攪拌子放于容器中，啟動攪拌器；
[0030]步驟1-2、第二光電管6發送紅外光線，校正攪拌子在旋轉時其白色一端檢測到紅 外光線，并將紅外光線反射回第二光電管6;
[0031] 步驟1-3、第二光電管6根據步驟1-2的反射光輸出波動的信號，獲得攪拌子的轉動 相位；
[0032] 和/或
[0033] 步驟2包括以下子步驟：
[0034] 步驟2-1、將校正攪拌子換為普通攪拌子，啟動攪拌器；
[0035] 步驟2-2、通過霍爾傳感器5檢測磁場信號，同時采用步進電機進行磁場信號數據 點的同步采集；
[0036] 步驟2-3、根據步驟2-2采集的磁場信號獲得永磁鐵轉盤的磁場相位和攪拌子的磁 場相位；
[0037] 和/或
[0038] 步驟3包括以下子步驟：
[0039]步驟3-1、獲得攪拌子的磁場相位0:與攪拌子的轉動相位0:'之間的誤差，并將所述 誤差傳入控制器進行存儲；
[0040] 步驟3-2、通過步驟3-1獲得的誤差對攪拌子的磁場相位進行校正，得攪拌子的校 正相位9 i"；
[0041] (6)根據上述(4)或(5)所述的方法，其中，
[0042]在步驟1-3中，所得校正攪拌子的轉動相位與普通攪拌子的轉動相位相同，即代表 攪拌子的轉動相位，記為；和/或
[0043] 所述步驟1在所述系統第一次使用前或出廠前操作一次，后續使用中任選地進行 步驟1;和/或
[0044] 在步驟2-2中，步進電機在控制單元中計數到Nd個脈沖時發生一次中斷，即在步進 電機旋轉一周中能采集^ ? 1個數據點，所述數據點磁場的信號數據，記為x[n]，其中n = l， 2，…，N，所述N為數據采集次數；
[0045] (7)根據上述(4)至(6)之一所述的方法，其中，磁場相位通過式（1)_(3)得到：
[0049] 其中，a表示磁場的余弦分量，b表示磁場的正弦分量，0表示磁場相位，x[n]為檢測 到的數據點，n co s為采集數據對應的磁場旋轉角度；
[0050] (8)根據上述(4)至(7)之一所述的方法，其中，
[0051] 根據式（1)-(3)得到相應參數ao、bQ以及0〇,其中，ao為永磁鐵轉盤磁場的余弦分 量，bo為永磁鐵轉盤磁場的正弦分量，x[l]為沒有攪拌子情況下的檢測到的數據點，0〇為永 磁鐵轉盤的磁場相位，反映永磁鐵轉盤相對于光電管的起始位置之間的偏移角度;和/或 [0052]攪拌子的磁場相位由式(4)_(6)獲得：
[0053] ai = a2~ao 式（4)
[0054] bi = b2-bo 式（5)
[0056]其中，a2表不的余弦分量，b2表不的正弦分量，ai為攪拌子磁場的余弦分 量，bi為攪拌子磁場的正弦分量，0i為攪拌子的磁場相位；
[0057] (9)根據上述(4)至（8)之一所述的方法，其中，在步驟4中，所述相位差由式（7)獲 得：
[0058] A 0 = 01"-0〇 式（7)
[0059] 其中，A 0為相位差，所得相位差反映攪拌子與永磁鐵轉盤的角度差；
[0060] (10)根據上述(4)至(9)之一所述的方法，其中，在步驟4中，根據角度差（0m)判斷 攪拌子的運動狀態：
[0061] 當角度差(0m)為一固定值時，攪拌子隨著永磁鐵轉盤進行勻速轉動，
[0062] 當角度差(0m)不穩定時，攪拌子處于擺動或游走的狀態，
[0063] 當角度差為零時，攪拌子飛出攪拌體系。
【附圖說明】
[0064] 圖1示出根據本發明一種優選實施方式的攪拌子檢測系統的結構示意圖；
[0065] 圖2示出示出根據本發明一種優選實施方式的永磁鐵轉盤磁場與攪拌子磁場矢量 置加不意圖；
[0066] 圖3示出根據本發明一種優選實施方式的永磁鐵轉盤與攪拌子周圍磁場示意圖；
[0067] 圖4示出根據本發明一種優選實施方式的攪拌子在均勻磁場中受力矩示意圖；
[0068] 圖5示出根據本發明一種優選實施方式的霍爾信號方法電路示意圖；
[0069] 圖6示出根據本發明一種優選實施方式的攪拌子檢測系統的框圖；
[0070] 圖7示出根據本發明一種優選實施方式的攪拌子運動狀態檢測及補償示意圖。 [0071] 附圖標號說明：
[0072] 1-容器
[0073] 2-攪拌子
[0074] 3-磁力攪拌器
[0075] 31-永磁鐵轉盤
[0076] 32-轉盤帶動器
[0077] 4-第一光電管
[0078] 5-霍爾傳感器
[0079] 6-第二光電管
[0080] 7-連接棒
[0081] 8-電容交流耦合放大電路
【具體實施方式】
[0082] 下面通過附圖和實施例對本發明進一步詳細說明。通過這些說明，本發明的特點 和優點將變得更為清楚明確。
[0083] 其中，盡管在附圖中示出了實施例的各種方面，但是除非特別指出，不必按比例繪 制附圖。
[0084] 根據本發明提供的一種攪拌子檢測系統，該系統用于檢測攪拌子的運動狀態，如 圖1所不，其包括容器1、攪拌子2、攪拌器3、第一光電管4、霍爾傳感器5、第二光電管6和控制 器。
[0085]根據本發明一種優選的實施方式，所述攪拌子包括普通攪拌子和校正攪拌子。 [0086]在進一步優選的實施方式中，所述普通攪拌子為純白色，所述校正攪拌子的一端 為白色、另一端為黑色。
[0087]其中，在正常攪拌使用時采用普通攪拌子，在正常使用前進行校正時采用校正攪 拌子。
[0088] 所述攪拌器3包括永磁鐵轉盤31和轉盤帶動器32,所述第一光電管4設置于永磁鐵 轉盤31的下方，用于檢測永磁鐵轉盤的起始位置，所述霍爾傳感器5設置于永磁鐵轉盤31的 上方、攪拌子2的下方，且其到永磁鐵轉盤圓心的距離大于永磁鐵轉盤的半徑，用于檢測攪 拌子2和永磁鐵轉盤31的磁場信號。
[0089] 其中，如圖2所示，永磁鐵轉盤產生的磁場為永磁鐵磁場，記為It,攪拌子產生的磁 場為攪拌子磁場，記為By與吞s.疊加后的磁場為疊加磁場，記為1并且，0m表不永 磁鐵轉盤磁場與攪拌子磁場之間的角度差，其反映攪拌子與永磁鐵轉盤之間的角度差。
[0090] 根據本發明一種優選的實施方式，如圖3所示，在所述永磁鐵轉盤31上安裝有兩塊 方向相反的永磁鐵311，用于形成外部磁場，攪拌子也是一個永磁鐵，因此在永磁鐵轉盤磁 場的作用下，攪拌子的方向轉向為轉盤生成磁場的平行方向，其中，在轉盤不旋轉情況下攪 拌子所受的力為重力、外部磁場吸引力和容器的支持力，在轉盤旋轉過程中所受的力是重 力、外部磁場吸引力、容器的支持力、溶液的阻力，其中，在圖3中，N表示磁場的N極，S表示磁 場的S極。
[0091] 根據本發明一種優選的實施方式，如圖3所示，當永磁鐵轉盤不旋轉時攪拌子平行 于永磁鐵轉盤生成的外部磁力線，并不存在任何力矩成分。但是，如圖4所示，當永磁鐵轉盤 旋轉時，攪拌子與外部磁場生成一定角度，記外部磁場為1,在攪拌子上會產生一定的力 矩，攪拌子開始轉動。
[0092] 其中，產生角度后攪拌子轉動，再產生角度攪拌子再轉動，往復，使得攪拌子做勻 速運動，其產生的角度也幾乎相等;但是當容器內阻力過大，大于攪拌子的力矩時，攪拌子 的轉動就會受限制，轉動遲鈍或停止轉動，而此時永磁鐵轉盤在繼續轉動，攪拌子跟不上永 磁鐵轉盤的轉動，其產生的角度變化不定，產生"失步"現象;或者，當攪拌子的轉動慣性過 大時，攪拌子轉動過快于永磁鐵轉盤的轉動，甚至攪拌子轉動時會飛出攪拌體系，此時，其 產生的角度變化不定，同樣發生"失步"現象。
[0093]因此，根據上述原理，可以通過攪拌子磁場與永磁鐵磁場的角度變化來檢測攪拌 子的運動狀態。
[0094]根據本發明一種優選的實施方式，所述轉盤帶動器32為步進電機，所述步進電機 包括驅動芯片THB6128。
[0095] 在進一步優選的實施方式中，所述步進電機旋轉一周所需要的脈沖數為N = NP ? Na ? Nd，其中具為步進電機的極對數，Na為驅動芯片的換向節拍數，Nd為驅動芯片的細分步 數。
[0096] 根據本發明一種優選的實施方式，如圖5所示，所述霍爾傳感器與信號放大電路連 接形成霍爾信號放大電路，用于檢測攪拌子與永磁鐵轉盤之間的磁場信號，進而根據磁場 信號分別得到攪拌子的磁場相位以及永磁鐵轉盤的磁場相位。
[0097] 在進一步優選的實施方式中，為了在放大霍爾傳感器的輸出信號的同時，抑制放 大電路對信號的影響，采用電容交流耦合放大電路8。
[0098] 其中，為了減少交流耦合對交變信號的影響，信號放大電路輸入級的電阻與電容 的時間常數大于攪拌子最慢轉速下的旋轉周期。
[0099] 根據本發明一種優選的實施方式，如圖6所示，所述控制器采用單片機，優選 STM32F103C8T6,用于控制攪拌器3的轉動，并接收和儲存第一光電管4、霍爾傳感器5和第二 光電管6的輸出信號。
[0100] 其中，如圖6所示，為了驅動步進電機，單片機通過CLK端的脈沖頻率控制步進電機 的轉速，通過DIR端的高低電平控制旋轉方向，并且為了控制同步采集，CLK端的脈沖信號再 接到單片機時鐘有關的引腳，其中，A相和B相分別為單片機的兩相。
[0101] 根據本發明一種優選的實施方式，所述第二光電管6用于檢測攪拌子的轉動相位， 然后根據該轉動相位與攪拌子的磁場相位之間的誤差對攪拌子的磁場相位進行校正，得到 攪拌子的校正相位。
[0102] 其中，由于攪拌設備中往往會存在一些誤差，分別來自于永磁鐵轉盤、第一光電管 或霍爾傳感器的安裝誤差，使獲得的角度差不準確，所述角度差反映在攪拌子與永磁鐵轉 盤的相位差中，其中，永磁鐵轉盤的相位采用第一光電管4進行了標定，因此，誤差的來源為 攪拌子的相位，即通過霍爾傳感器采集的磁場信號獲得的攪拌子的磁場相位存在誤差，因 此，需要對其進行校正。
[0103] 在進一步優選的實施方式中，第二光電管6檢測攪拌子的轉動相位時采用校正攪 拌子，其中，第二光電管6是一個微型的收發一體的光電管，其發送紅外光線，并能接收紅外 光線，具體如下：
[0104]啟動攪拌器，校正攪拌子旋轉，第二光電管6發送紅外光線，校正攪拌子的白色一 端會將反射該紅外光線，黑色一端吸收紅外光線，白色一端反射后的紅外光線被第二光電 管6吸收，隨著校正攪拌子的旋轉，第二光電管6所吸收的反射紅外光線發生波動，第二光電 管6輸出波動的信號，該信號反映校正攪拌子通過第二光電管6下方的時間點，然后根據已 知的旋轉速度即可計算出攪拌子的轉動相位，該轉動相位為攪拌子的實際相位，因此用其 對攪拌子的磁場相位進行校正。
[0105]其中，將攪拌子的磁場相位與攪拌子的轉動相位的誤差存儲于單片機中，在以后 的使用中會自動進行校正，因此，攪拌子的轉動相位與攪拌子的磁場相位之間的誤差計算 一次即可。優選為出廠前對攪拌器進行校正或使用前進行校正。
[0106] 根據本發明一種優選的實施方式，所述第二光電管設置于連接棒7的下端，所述連 接棒通過支架固定，例如鐵架臺，所述連接棒優選為玻璃棒。
[0107] 本發明另一方面提供了一種利用上述系統對攪拌子的運動狀態進行檢測的方法， 該方法包括以下步驟：
[0108] 步驟1、獲得攪拌子的轉動相位，記為0^。
[0109] 根據本發明一種優選的實施方式，所述步驟1包括以下子步驟：
[0110]步驟1-1、將校正攪拌子放于容器中，啟動攪拌器；
[0111] 步驟1-2、第二光電管6發送紅外光線，校正攪拌子在旋轉時其白色一端檢測到紅 外光線，并將紅外光線反射回第二光電管6;
[0112] 其中，校正攪拌子在旋轉過程中反射回第二光電管6的紅外光線具有波動性，該波 動性取決于校正攪拌子的轉動相位，因此，可以利用該波動性得到校正攪拌子的轉動相位。
[0113] 步驟1 -3、第二光電管6根據步驟1-2的反射光輸出波動的信號，獲得攪拌子的轉動 相位。
[0114]其中，所述波動的信號反映了校正攪拌子在旋轉時通過第二光電管6的時間點，根 據該波動性的時間點以及已知的旋轉速度可以計算出校正攪拌子的轉動相位，該轉動相位 實際為校正攪拌子的實際相位。
[0115] 在步驟1中，使用校正攪拌子的目的是為了使波動信號能夠實際反映轉動相位，在 此需要指出，所得到的轉動相位不限于校正攪拌子，其也是普通攪拌子的轉動相位，可統稱 為攪拌子的轉動相位，因為攪拌子的轉動相位與攪拌子的顏色無關。
[0116] 根據本發明一種優選的實施方式，步驟1在所述系統第一次使用前或出廠前操作 一次即可，后續使用中任選地進行步驟1。
[0117]步驟2、分別獲得永磁鐵轉盤的磁場相位，記為0〇，以及攪拌子的磁場相位，記為0:。
[0118] 根據本發明一種優選的實施方式，所述步驟2包括以下子步驟：
[0119] 步驟2-1、將校正攪拌子換為普通攪拌子，啟動攪拌器；
[0120] 步驟2-2、通過霍爾傳感器5檢測磁場信號，同時采用步進電機進行磁場信號數據 點的同步采集；
[0121 ]其中，步進電機在控制單元中計數到Nd個脈沖時發生一次中斷，即在步進電機旋 轉一周中能采集^ ?1個數據點，所述數據點為磁場的信號數據，記為x[n]，其中n = l、 2、…、N，所述N為數據采集次數，其中，數據采集的起始點是通過系統中第一光電管4產生的 信號確定。
[0122] 步驟2-3、根據步驟2-2采集的磁場信號獲得永磁鐵轉盤的磁場相位和攪拌子的磁 場相位。
[0123] 根據本發明一種優選的實施方式，磁場相位通過式(1)-(3)得到：
[0127] 其中，a為磁場的余弦分量，表示磁場在坐標系水平方向的幅度，b為磁場的正弦分 量，表示磁場在坐標系垂直方向的幅度，9為磁場的相位，x[n]為檢測到的數據點，《 s為磁 場旋轉角速度，11〇^表示為采集數據對應的磁場旋轉角度。其中，式（1)-(3)為磁場相位的 計算通式，所述磁場可以為任意磁場。
[0128] 根據本發明一種優選的實施方式，根據式（1)-(3)計算永磁鐵轉盤的磁場相位，其 中，永磁鐵轉盤的磁場為沒有攪拌子情況下的永磁鐵轉盤產生的磁場，即n= 1時檢測的起 始數據點，根據式（1)-(3)得到相應參數ao = x[l] ? cos(n?s)、bo = x[l] ? sin(n?s)以及 9〇,其中，所得到的為永磁鐵轉盤磁場的相位，反映永磁鐵轉盤相對于光電管的起始位 置之間的偏移角度。
[0129 ]根據本發明一種優選的實施方式，攪拌子的磁場相位由式(4)_(6)獲得：
[0130] ai = a-ao 式（4)
[0131] bi = b_bo 式(5)
[0133] 其中，a2表示疊加磁場的余弦分量，b2表示疊加磁場的正弦分量，ai為攪拌 子磁場的余弦分量，bi為攪拌子磁場的正弦分量，9i為攪拌子的磁場相位。
[0134] 步驟3、根據步驟1獲得的攪拌子的轉動相位對攪拌子的磁場相位進行校正，得攪 拌子的校正相位，記為0: "。
[0135] 其中，在第一次校正時如步驟3所述，根據攪拌子的轉動相位對攪拌子的磁場相位 進行校正，但是，在進行了一次校正后，化與化'之間的誤差存于單片機內，因此，在以后的使 用中可以直接根據單片機內的誤差對攪拌子的磁場相位進行校正。
[0136] 步驟4、根據步驟2獲得的0〇以及步驟3獲得的0廣，獲得永磁鐵轉盤與攪拌子的相位 差，并根據相位差判斷攪拌子的運動狀態。
[0137] 根據本發明一種優選的實施方式，所述相位差由式(7)獲得：
[0138] A 0 = 0i-0〇 式(7)
[0139] 其中，A 0為相位差，所述相位差反映攪拌子與永磁鐵轉盤之間的角度差(0m);
[0140] 根據本發明一種優選的實施方式，如圖7所示，根據角度差（0m)判斷攪拌子的運動 狀態：
[0141] 當角度差（0m)為一固定值時，說明攪拌子的轉動緊隨永磁鐵轉盤的轉動，兩者幾 乎同步旋轉，攪拌子隨著永磁鐵轉盤進行勻速轉動，無"失步"現象發生，呈攪拌模式；
[0142] 當角度差（0m)為一變化值(不穩定）時，此時角度差會產生頻率，說明攪拌子的轉 動與永磁鐵轉盤的轉動不一致，攪拌子的轉動跟不上永磁鐵轉盤的轉動或快于永磁鐵轉盤 的轉動，出現擺動或游走現象，發生"失步"，此時，系統會自動降低轉速至一半，然后再慢慢 提高永磁鐵轉盤的轉速，使攪拌子跟隨永磁鐵轉盤重新運轉；
[0143] 當角度差(0m)為零時，說明攪拌子飛出或未放入攪拌子，此時系統會停止轉動，并 進行提示，需要人為地將攪拌子放入，然后啟動系統重新旋轉。
[0144] 本發明所具有的有益效果包括：
[0145] (1)本發明所提供的系統結構簡單，容易實現；
[0146] (2)本發明所提供的系統能夠實時檢測攪拌子的運動狀態；
[0147] (3)本發明所提供的系統能夠及時檢測出"失步"現象的發生，并及時調整攪拌子 的運動狀態使其恢復正常轉動；
[0148] (4)本發明提供了一種檢測攪拌子運動狀態的方法，該方法步驟簡單，檢測準確。
[0149] 在本發明的描述中，需要說明的是，術語"上"、"下"和"外"等指示的方位或位置關 系為基于本發明工作狀態下的方位或位置關系，僅是為了便于描述本發明和簡化描述，而 不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此 不能理解為對本發明的限制。
[0150]以上結合了優選的實施方式對本發明進行了說明，不過這些實施方式僅是范例性 的，僅起到說明性的作用。在此基礎上，可以對本發明進行多種替換和改進，這些均落入本 發明的保護范圍內。
【主權項】
1. 一種攪拌子檢測系統，其特征在于，該系統用于檢測攪拌子的運動狀態，其包括容器 (1)、攪拌子(2)、攪拌器(3)、第一光電管(4)、霍爾傳感器(5)、第二光電管(6)和控制器，其 中， 所述攪拌子(2)包括普通攪拌子和校正攪拌子，所述普通攪拌子為純白色，所述校正攪 拌子的一端為白色、另一端為黑色； 所述攪拌器(3)包括永磁鐵轉盤(31)和轉盤帶動器(32); 所述第一光電管(4)設置于永磁鐵轉盤(31)的下方，用于檢測永磁鐵轉盤的起始位置； 所述霍爾傳感器(5)設置于永磁鐵轉盤(31)的上方、攪拌子（2)的下方，且其到永磁鐵 轉盤(31)的圓心的距離大于永磁鐵轉盤的半徑，用于檢測攪拌子(2)和永磁鐵轉盤(31)的 磁場信號，其中，所述攪拌子為普通攪拌子； 所述第二光電管(6)位于攪拌子(2)的上方，用于檢測攪拌子(2)的轉動相位，其中，所 述攪拌子為校正攪拌子； 所述控制器用于控制攪拌器(3)的轉動，并接收和儲存第一光電管(4)、霍爾傳感器(5) 和第二光電管(6)的輸出信號。2. 根據權利要求1所述的系統，其特征在于， 在所述永磁鐵轉盤（31)上設置有兩塊方向相反的永磁鐵（311)，用于形成外部磁場； 和/或 所述轉盤帶動器(32)為步進電機，所述步進電機包括驅動芯片，所述步進電機旋轉一 周所需要的脈沖數為N = NP ? Na ? Nd，其中，NP為步進電機的極對數，Na為驅動芯片的換向節 拍數，Nd為驅動芯片的細分步數;和/或 所述控制器為單片機。3. 根據權利要求1或2所述的系統，其特征在于， 所述霍爾傳感器(5)與信號放大電路連接形成霍爾信號放大電路，用于檢測攪拌子與 永磁鐵轉盤之間的磁場信號，其中攪拌子產生的磁場為攪拌子磁場，記為永磁鐵轉盤 產生的磁場為永磁鐵轉盤磁場，記為吞攪拌子磁場與永磁鐵轉盤磁場疊加后的磁場為疊 加磁場，記為 所述信號放大電路用于放大霍爾傳感器的輸出信號，優選地，所述信號放大電路為電 容交流耦合放大電路(8)。4. 利用權利要求1至3之一所述的系統檢測攪拌子的運動狀態的方法，其中，所述方法 包括以下步驟： 步驟1、獲得攪拌子的轉動相位，記為I' ； 步驟2、分別獲得永磁鐵轉盤的磁場相位，記為0〇，以及攪拌子的磁場相位，記為; 步驟3、根據步驟1獲得的攪拌子的轉動相位對攪拌子的磁場相位進行校正，得攪拌子 的校正相位，記為 步驟4、根據步驟2獲得的0〇以及步驟3獲得的0廣，獲得永磁鐵轉盤與攪拌子的相位差， 并根據相位差判斷攪拌子的運動狀態。5. 根據權利要求4所述的方法，其中， 步驟1包括以下子步驟： 步驟1-1、將校正攪拌子放于容器中，啟動攪拌器； 步驟1-2、第二光電管(6)發送紅外光線，校正攪拌子在旋轉時其白色一端檢測到紅外 光線，并將紅外光線反射回第二光電管(6); 步驟1-3、第二光電管(6)根據步驟1-2的反射光輸出波動的信號，獲得攪拌子的轉動相 位； 和/或 步驟2包括以下子步驟： 步驟2-1、將校正攪拌子換為普通攪拌子，啟動攪拌器； 步驟2-2、通過霍爾傳感器5檢測磁場信號，同時采用步進電機進行磁場信號數據點的 同步采集； 步驟2-3、根據步驟2-2采集的磁場信號獲得永磁鐵轉盤的磁場相位和攪拌子的磁場相 位； 和/或 步驟3包括以下子步驟： 步驟3-1、獲得攪拌子的磁場相位與攪拌子的轉動相位'之間的誤差，并將所述誤差 傳入控制器進行存儲； 步驟3-2、通過步驟3-1獲得的誤差對攪拌子的磁場相位進行校正，得攪拌子的校正相 位 "。6. 根據權利要求4或5所述的方法，其中， 在步驟1-3中，所得校正攪拌子的轉動相位與普通攪拌子的轉動相位相同，即代表攪拌 子的轉動相位，記為01' ；和/或 所述步驟1在所述系統第一次使用前或出廠前操作一次，后續使用中任選地進行步驟 1;和/或 在步驟2-2中，步進電機在控制單元中計數到Nd個脈沖時發生一次中斷，即在步進電機 旋轉一周中能采集NP ? 1個數據點，所述數據點為磁場的信號數據，記為x[n]，其中n=l、 2、…、N，所述N為數據采集次數。7. 根據權利要求4至6之一所述的方法，其中，磁場相位通過式(1)-(3)得到：其中，a表示磁場的余弦分量，b表示磁場的正弦分量，0表示磁場相位，x[n]為檢測到的 數據點，n co s為采集數據對應的磁場旋轉角度。8. 根據權利要求4至7之一所述的方法，其中， 根據式（1)-⑶得到相應參數ao、bQ以及0〇,其中，ao為永磁鐵轉盤磁場的余弦分量，bo為 永磁鐵轉盤磁場的正弦分量，x[l]為沒有攪拌子情況下的檢測到的數據點，為永磁鐵轉 盤的磁場相位，反映永磁鐵轉盤相對于光電管的起始位置之間的偏移角度;和/或 攪拌子的磁場相位由式(4)_(6)獲得： 31 - &2-&0 5^1(4) bi = b2_bo 式(5)其中，a2表不的余弦分量，b2表不的正弦分量，ai為攪拌子磁場的余弦分量，bi 為攪拌子磁場的正弦分量，0i為攪拌子的磁場相位。9. 根據權利要求4至8之一所述的方法，其中，在步驟4中，所述相位差由式(7)獲得： A 9 = 9i"-9〇 式(7) 其中，A 0為相位差，所得相位差反映攪拌子與永磁鐵轉盤之間的角度差。10. 根據權利要求4至9之一所述的方法，其中，在步驟4中，根據角度差判斷攪拌子的運 動狀態： 當角度差為一固定值時，攪拌子隨著永磁鐵轉盤進行勻速轉動，處于攪拌模式； 當角度差不穩定時，攪拌子處于擺動或游走的狀態，為擺動模式或游走模式； 當角度差為零時，攪拌子飛出攪拌體系，為飛出模式。
【文檔編號】G01R33/07GK106054090SQ201610352935
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年5月25日
【發明人】夏吉安, 卓晴, 王福洋
【申請人】北京先驅威鋒技術開發公司