CN107335549A - 离心机智能转子系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于离心机技术领域，具体涉及离心机转子智能化技术。本发明采用电磁互感原理，在转子①上加装电磁线圈③及传感器、监测电路板⑤通过转子驱动轴②和电磁转子线圈④来传导电源和串行通讯数据。实现了旋转中的转子与离心机控制部分的无线通讯，使转子具有以下功能。1温度传感器⑥实现了转子实际温度的直接监测，提高了监控精度。满足了温度要求较高的生物行业的应用。2通过压电陶瓷传感器⑦对转子材料的晶相组织结构断裂的监测。并提供紧急降速刹车来避免转子爆裂。3实现了转子寿命数据的运算和改写存储功能。避免了转子超寿命使用造成的安全问题。4实现了转子静态与动态的型号识别。避免了在应用中超过转子的额定转速造成的安全问题。

Description

离心机智能转子系统

技术领域

本发明涉及离心机技术领域。

背景技术

现有离心机转子是一个由轻质、高强度材料制成的高速旋转载体。它分为角转子、水平转子两大类，角转子又由各种不同角度和连续流之分。而离心机转子在运行中的实时状况缺乏监控。

上述转子在旋转中采取的安全措施，普遍是采用在转子体下部靠近驱动轴部位内嵌安装永久磁钢，靠转子体外部安装的霍尔传感器元件测量转子上的永久磁钢安装的个数和角度来识别转子。目的是防止转子在应用时，超过该转子的额定转速而引发爆裂造成安全事故。该方法无法实现转子在静态时的识别。

由于转子工作时高速旋转并摩擦空气产生热能，使得转子成为一个热源体。现有离心机的温度控制，是将其温度传感器安装在离心机的离心腔室内，它不能有效地反映转子工作时的实际温度。这对于温度控制要求较高的生物试样的离心分离带来了困难。

离心机转子是有使用寿命的，在长期工作后材料疲劳会引发材料的抗拉强度降低。如果超寿命使用会引起转子爆裂产生安全事故。而目前只是靠转子上的刻蚀标识来判断转子的使用寿命。在转子标识模糊和消失后就无法识别了，即使标识清楚也会产生人为疏忽造成超寿命使用的现象。

对于因转子材料内部瑕疵或其他原因引起的早期材料晶相结构断裂造成的安全问题，缺乏监控措施。

发明内容

下面结合附图和实施例对本发明做一个介绍。

本发明采用电磁互感原理，实现了在旋转中的转子电路板⑤的无线连接。

利用安装在转子①上的转子电磁线圈③和转子驱动轴②上的驱动轴电磁线圈④通过转子驱动轴②将低频交流电源与双向通讯信号利用电磁转换相互传递。使旋转中的转子体上安装监测转子①实时工况的转子电路板⑤能对转子①的实时工况实行监测，实现了离心机转子智能化即赋予了转子以下功能。

通过贴敷在转子①上的温度传感器⑥实现了离心机转子①实际温度的直接监测，提高了温度监控精度和测量的实时性。解决了对温度要求较高的生物行业离心分离的应用。

通过压电陶瓷传感器⑦，对转子①材料的晶相组织结构断裂实施检测。来提供紧急降速刹车，以避免转子①材料瑕疵等原因引起的爆裂。

实现了转子①寿命数据的存储和转子①寿命数据减法运算功能⑤。有效地避免了由于转子①材料疲劳使抗拉强度降低，所带来的安全问题。同时也克服了现有转子人为疏忽和转子①上的标识因年久模糊或消失，造成操作失误的缺点。

实现了转子①静态与动态的型号识别。克服了现有转子①不能静态识别的缺点，更加方便、快速地对转子①实施识别。避免了超过转子①额定转速应用造成的安全问题。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

附图1：为本发明的安装件结构图。

①转子、②转子驱动轴、③转子电磁线圈、④驱动轴电磁线圈、⑤转子电路板、⑥温度传感器、⑦压电陶瓷传感器、⑧转子电磁线圈架、⑨驱动轴电磁线圈架。

附图2：为本发明的系统原理框图。

分为两部分，上部分即转子部分的原理框图，下部分即离心机控制部分与转子通讯处理的原理框图。

1电磁线圈、2压电陶瓷传感器、3温度传感器、4低通滤波、5整流、6平滑滤波、7稳压、8

转子单片机系统、9高通滤波、10串口输入放大整形、11高通滤波、12串口输出功率驱动、13窄脉冲高能峰选通、14转子驱动轴、15电磁线圈、16交流电源、17低通滤波、18高通滤波、19串口输入放大整形、20高通滤波、21串口输出功率驱动、23离心机控制单片机

具体实施方式

以下将结合附图1、图2和具体实施例对本发明做进一步详细说明。

发明是基于电磁互感原理（即变压器原理），利用低频交流电电流，流经套在转子驱动轴上的驱动轴电磁转换线圈④产生交变磁场。经过具有导磁性能的转子驱动轴②，将交变磁场传递到转子部位。再通过安装在转子①上的转子电磁线圈③，将交变磁场转换为交流电，给安装在转子①上的转子电路板⑤提供工作电源。转子上的单片计算机系统（图2）8与离心机控制单片机（图2）23之间的串行通讯信号频率,较低频电源频率高出许多，所以也搭载在电磁转换线圈上,通过高频窄带滤波电路（图2）9、18、11、20分离出来。

硬件结构部分：

见附图1、首先在线圈架⑧、⑨上绕高强度漆包铜线（电磁线圈③、④）。线圈架⑧另一面安装环形转子电路板⑤，转子电路板⑤上焊好线圈引线、温度传感器⑥18B20、环形压电陶瓷传感器⑦引线、单片机等电子元件并将线路板用灌封树脂胶实施真空灌封，再将制作好的组件通过4个螺钉紧固在转子①底轴心部位并确保照哦之金属体与温度传感器、压电陶瓷传感器紧密接触。转子部分结构组装完毕，将绕好的线圈架⑨套在转子驱动轴②上对好销钉用胶胶固，至此离心机智能转子系统的结构件安装完毕。

具体工作原理：

首先由离心机控制主板上的低频交流电源（正弦400Hz）给线圈架⑨上的驱动轴电磁线圈④供电，通过转子驱动轴②将正弦400Hz交变磁场传递到转子电磁线圈③转换成低频交流电源，经由转子电路板⑤上的低通滤波器（图2）4整流电路（图2）5、平滑滤波电路（图2）6、稳压电路（图2）7，给转子电路供电。

转子温度测量，是通过转子电路板（图1）⑤上的温度传感器（图1）⑥18B20采样，由IIC单总线与转子单片计算机系统（图2）8连接，再通过串口输出功率驱动（图2）12、高通滤波（图2）11，加载到转子电磁线圈（图1）③中，再通过电磁互感原理下传到离心机控制板的离心机单片机中。

对转子材料的晶相组织结构断裂的实时监测，是由压电陶瓷传感器（图1）⑦实施监测，一旦发现瞬时突变的高能脉冲转子单片机外部中断即被触发，信号通过串口送至离心机控制的单片机（图2）23由离心机控制电路板提供降速刹车信号使电机降速刹车。

转子使用寿命数据存储在转子单片计算机系统（图2）8芯片中的EEPROM内，每次运行的时间和运行速度通过离心机控制单片机（图2）23换算后对寿命数据实施减法运算再将结果上传给转子单片计算机系统（图2）8，存回EEPROM中。

转子型号数据是存在单片计算机系统（图2）8芯片中的程序存储器内

转子下传的通讯信号有：转子温度、材料晶相组织断裂信号、转子应用前的寿命、转子型号数据。

转子接收的上传的通讯信号，为使用后的剩余寿命。

转子的通讯还涵盖了高速运算放大器、高通滤波电路、串行通讯驱动电路等组成。

实现了旋转中的离心机转子与离心机控制部分之间的无线通讯，使转子具有了以下功能。

1、实现了离心机转子实际温度的直接监测，提高了温度监控精度。解决了对温度要求较高的生物行业离心分离的应用。

2、通过压电陶瓷传感器，对转子材料的晶相组织结构断裂实施监测。一旦发现开始断裂立即紧急减速刹车，以避免转子爆裂产生安全问题。

3、实现了转子寿命数据的存储和转子寿命数据减法运算功能。有效地避免了由于转子材料疲劳使抗拉强度降低所带来的安全问题。

4、实现了转子静态与动态的型号识别。克服了现有转子不能静态识别的缺点，有效地避免了误操作造成的安全问题。

Claims (6)

1.一种离心机转子智能化系统，它使得离心机转子具有了以下功能；

实现了离心机转子实际温度的直接监测，提高了温度监控精度；解决了对温度要求较高的生物行业离心分离的应用；

通过压电陶瓷传感器，对转子材料的晶相组织结构断裂实时监测；一旦发现开始断裂立即紧急减速刹车，以避免转子爆裂产生安全问题；

实现了转子寿命数据的存储和转子寿命数据减法运算功能；有效地避免了由于转子材料疲劳使抗拉强度降低所带来的安全问题；

实现了转子静态与动态的型号识别；克服了现有转子不能静态识别的缺点，有效地避免了误操作造成的安全问题；

它包括；利用电磁互感原理，在转子驱动轴②下部同轴安装一个由线圈骨架和导线绕制成的驱动轴电磁线圈④，再在转子①驱动轴安装孔的下部同轴安装一个由线圈骨架和导线绕制成的转子电磁线圈③，利用转子驱动轴②的导磁性能，将低频交流电源供给驱动轴下部的驱动轴电磁线圈④，使驱动轴上产生低频交变磁场；

再由安装在转子上的转子电磁线圈③转换成低频交流电源，为安装在转子上的转子电路板⑤提供工作电源；而转子电路板⑤与离心机控制系统电路的双向串行通讯信号也是搭载在两个电磁线圈上通过转子驱动轴来传递；这样便实现了旋转中的离心机转子的工况信息与离心机控制系统电路交互功能；转子电路板⑤上安装有转子单片机系统23、电源处理电路、传感器信号处理电路、通讯信号处理电路，同时紧贴安装在转子①上的温度传感器、压电陶瓷传感器也连接在转子电路板⑤上（见图2）。

2.根据权利1所述的离心机转子智能化系统其特征在于；在转子驱动轴②上安装驱动轴电磁线圈④，利用转子驱动轴②的导磁性能，将交流电源和串行双向通讯信号传递给转子①上安装的转子电磁线圈③，再将交流电源和串行双向通讯信号送到转子电路板⑤。

3.根据权利1所述的离心机转子智能化系统其特征在于；在转子温度传感器⑥、转子单片机系统8对转子①的温度、转子材料的晶相组织结构断裂实施监测，对转子①使用寿命的数字数据实施存储和改写，对转子型号的数字数据存储。

4.根据权利1所述的离心机转子智能化系统其特征在于；对转子材料的晶相结构实施实时监测，包括在转子①上安装压电陶瓷传感器⑦。

5.根据权利1所述的离心机转子智能化系统其特征在于；在转子①上安装转子单片机系统，含MCU、AVR、ARM芯片。

6.根据权利1所述的离心机转子智能化系统其特征在于；在转子①上安装可电改写的掉电存储器功能芯片。