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(1)、搅拌子(2)、磁力搅拌器(3)、光电管(4)和霍尔传感器(5)，其中，所述磁力搅拌器(3)包括永磁铁转盘(31)和转盘带动器(32)，所述光电管(4)设置于永磁铁转盘(31)的下方，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；所述系统可以用于搅拌子的运动状态的检测，检测方法包括以下步骤：步骤1、数据点同步采集，步骤2、相位差的获得，步骤3、角度差的获得，步骤4、根据角度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，并进行调整以进行正常搅拌。

【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、磁力搅拌器3、光电管4和霍尔传感器5，其中，所述磁力搅拌器3包括永磁铁转盘31和转盘带动器32；所述光电管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；(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；(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，永磁铁转盘产生的磁场为永磁铁转盘磁场；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6；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、数据点同步采集，步骤2、相位差的获得：所述相位差为与之间的相位差，步骤3、角度差的获得：所述角度差为与之间的角度差，该角度差反映在步骤2获得的相位差中，即步骤2获得相位差反映角度差，步骤4、根据角度差判断搅拌子的运动状态；其中，为永磁铁转盘磁场，为搅拌子磁场，并且，与叠加后的磁场为与的角度差记为θm；(5)根据上述(4)所述的方法，其中，在步骤1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，所述数据点为x[n]，其中n＝1，2，…，N，所述N为数据采集次数；(6)根据上述(4)或(5)所述的方法，其中，所述步骤2包括以下子步骤：步骤2-1、的相位的获得，步骤2-2、的相位的获得，步骤2-3、相位差的获得：所述相位差为与之间的相位差；(7)根据上述(4)至(6)之一所述的方法，其中，相位由式(1)-(3)获得：其中，a表示磁场的余弦分量，b表示磁场的正弦分量，θ表示磁场的相位，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，在步骤2-1中，为没有搅拌子情况下的检测的数据点，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，θ0为永磁铁转盘磁场的相位，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/或在步骤2-2中，的相位由式(4)-(6)获得：a1＝a-a0 式(4)b1＝b-b0 式(5)其中，a2表示叠加后的磁场的余弦分量，b2表示叠加后的磁场的正弦分量，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为搅拌子磁场的相位；(9)根据上述(4)至(8)之一所述的方法，其中，在步骤2-3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磁场与永磁铁转盘磁场的角度差，记为θm；(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)为一变化值时，搅拌子的转动跟不上或大于永磁铁转盘的转动，发生失步现象。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示出根据本专利技术一种优选实施方式的永磁铁转盘与搅拌子周围磁场示意图；图3示出根据本专利技术一种优选实施方式的搅拌子在均匀磁场中受力矩示意图；图4示出根据本专利技术一种优选实施方式的霍尔信号方法电路示意图；图5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场矢量叠加示意图。附图标号说明：1-容器2-搅拌子3-磁力搅拌器31-永磁铁转盘32-转盘带动器4-光电管5-霍尔传感器6-电容交流耦合放大电路具体实施方式下面通过附图和实施例对本专利技术进一步详细说明。通过这些说明，本专利技术的特点和优点将变得更为清楚明确。其中，尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。根据本专利技术提供的一种搅拌子检测系统，该系统用于检测搅拌子的运动状态，如图1所示，其包括容器1、搅拌子2、磁力搅拌器3、光电管4和霍尔传感器5，其中，所述磁力搅拌器3包括永磁铁转盘31和转盘带动器32，所述光电管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。根据本专利技术一种优选的实施方式，如图2所示，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，搅拌子也是一个永磁铁，因此在永磁铁转盘磁场的作用下，搅拌子的方向转向为转盘生成磁场的平行方向，其中，在转盘不旋转情况下搅拌子所受的力为重力、外部磁场吸引力和本文档来自技高网...

【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)、磁力搅拌器(3)、光电管(4)和霍尔传感器(5)，其中，所述磁力搅拌器(3)包括永磁铁转盘(31)和转盘带动器(32)；所述光电管(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。

【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)、磁力搅拌器(3)、光电管(4)和霍尔传感器(5)，其中，所述磁力搅拌器(3)包括永磁铁转盘(31)和转盘带动器(32)；所述光电管(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。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。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，永磁铁转盘产生的磁场为永磁铁转盘磁场；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(6)。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、数据点同步采集；步骤2、相位差的获得：所述相位差为与之间的相位差；步骤3、角度差的获得：所述角度差为与之间的角度差，该角度差反映在步骤2获得的相位差中，即步骤2获得相位差反映角度差；步骤4、根据角度差判断搅拌子的运动状态；其中，为永磁铁转盘磁场，为搅拌子磁场，并且，与叠加后的磁场为5.根据权利要求4所述的方法，其中...

【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