CN1094659A - 离心机转子识别系统 - Google Patents

Abstract

本发明是用来对2^N种转子中每一个作一致性 认定的转子识别系统。每个转子有至少两个同步检 测元件于其上以及有最多为N个的附加的识别检测 元件。识别系统包括第一和第二检测器，每个检测器 用于随邻近它的同步检测元件经过而产生同步信号； 还包括一个装置，响应由第一和第二检测器中每一个 来的实质上同时产生的同步信号，产生识别启动信 号。转子识别信号发生装置响应识别启动信号，按照 在转子装有的识别检测元件的数目产生转子识别信 号。

Description

本发明涉及离心设备的转子识别系统。

离心设备是一种装置，用它来使液态试样处在离心力场之下。试样放在离心机转子内。转子装在旋转轴的顶端，旋转轴与驱动源相连接。

离心设备可以采用多个不同的离心机转子中任何一个，视要实行的分离要求而定。因此从转速和温度来考虑，能清楚装在设备中的具体转子对给定的运行条件是否符合是有好处的。这种转子识别信息从安全的角度考虑是更为有用，因为利用这种信息可以阻止转子运行在超过转子最大设计转速或者运行在其能量水平超过设备最大允许的能量下。

人们已知道各种转子识别装置。美国专利5037371（Romanaukas），已转让给本发明的受让人。公开了和要求保护一种鉴别系统，它利用超声发生器和接受器来查询装在设备内的转子并且发出转子识别信号。用这种装置转子本身不携带任何鉴别标志，只是识别信息固有地存在于其形状之中。

其他的转子识别系统在转子体的若干预定位置上布置一个或多个检测元件，这需要调整装在设备内的每个转子。在有一些转子识别系统中检测元件取以一定模式安置在转子上的单块磁铁这样的方式。对磁性响应的检测器装在设备内适当的对应位置上。美国专利4772，254（Grassl）列举了这类识别系统。在还有一些转子识别系统中交替地将反射光线和吸收光线的区别的图式的编码盘贴在转子上。每一个反光或吸光区都限定为一个检测元件。对应的光发射器/接收器则适当地装在设备内。美国专利4205261（Franklin）列举了这类识别系统。

任何一类识别系统中给定的转子的识别可以基于两个选定的检测元件之间角度大小（关于转子旋转轴），或者基于在预定时间间隔内检测元件经过给定的检测器的次数和/或方式（例如极性，反射度）。然而，每一种转子的识别所依赖的基础都有伴随而来的缺点。

在有赖于检测元件之间角度大小的转子识别系统中有可能二个转子有同样的最大转速和包含同样大小的角度。然而，这些转子却可能有对于转速和/或温度来说不同的最佳控制参数，以及在最高转速下不同的动能水平。因此，如果每一个转子能够被唯一地鉴别出来的话将是有利的。

在取决于转子上检测元件的数目和/或型式的转子识别系统中，检测元件的缺失或检测器的误动作可以导致转子的误识别。这可以导致非最佳的转速和/或温度控制参数，或者若允许转子超过其设计转速或者离心机装载系统的装载能量水平的话，在安全方向则是危险的。误动作传感检测器也可能有同样的问题。

考虑到上面所述问题，可以确信提供一种出色的转子识别系统，它避免了这种转子误识别以及传感器误动作影响的可能性。

本发明给出了用来认定多个离心机转子的转子识别系统的教导。每个转子至少有二个同步检测元件安置于转子上，还有N个以内的附加识别检测元件。同步检测元件互相之间以及对旋转轴按预定的关系布置。识别系统包括第一和第二检测器，每个检测器互相之间以及对旋转轴也按同样的预定关系布置。各检测器用来当与它邻近的检测元件经过它时发生一信号。此系统还包括一个装置，它对来自第一和第二检测器中每一个的信号实质上是同时出现作出响应，用来发生同步信号。同步检测元件和检测器可以布置在离旋转轴线为相同幅向距离上或不同的幅向距离上。此外，同步检测元件和检测器可以围绕旋转轴处在相距β角度的地方。角度β最好小于180度。

此系统还包括一个计数器，响应于同步信号的发生，它用于对来自至少一个检测器当任何一个靠近它的检测元件经过它而发生的每个信号进行计数。比较器用来把由计数器产生的计数和预定的参考计数值作比较。

在优选的方案中识别检测元件绕旋转轴这样布置，使得没有二个识别检测元件是被安置在相距预定的角度β处。此系统还包括编码装置，响应于由检测器之一当一个邻近于它的识别检测元件经过时产生的信号，用于产生代表第一个二进制数的信号，它还响应于由另一个检测器当一个邻近它的识别检测元件经过它时产生的信号，用于产生代表第二个二进制数的信号。一个装置，它响应由编码装置产生的、代表一二进制数的至少一个信号，被提供来产生表示一个转子的一致性认定的信号。

另一方面，本发明涉及绕旋转轴旋转的离心机转子，此转子在其上有至少两个同步检测元件和最多达N个的附加的识别检测元件。同步检测元件M互相之间及对旋转轴方面和位于离心设备内的检测器同样的预定关系来布置在转子上。在优选的例子中，同步检测元件绕旋转轴分布为相距预定的角度β（最好小于180度）。此外，同步检测元件可布置在离旋转轴线相同的或不同的幅向距离上。

识别检测元件围绕旋转轴线这样布置，使得没有两个识别检测元件是按相距为预定角度β分开的。在优选的例子中，一些识别检测元件位于依旋转方向为第一和第二同步检测元件之间而另一些识别检测元件则位于依旋转方向为第二和第一同步检测元件之间。

从下面结合附图的详细说明可以更充分的理解本发明，这张附图构成本申请的一部分，图中整个图面是底面视图，说明转子上检测元件的布置及协同工作的检测器在离心设备中的位置。

参阅附图，图中表示的是可以容纳于离心机设备内一套离心机转子10中任何一个的任意一个面10S的一部分。转子10绕旋转轴线10A在方向12上旋转。10S面上有预定的多个位置14A到14J。每个14A到14J位置用虚线圆表示。位置14可以有适当的数目。如将在此处充分讨论的，位置14A到14J的每一个限定了一个检测元件16，贴附于转子10的可能的地点。图中六个这种检测元件16A到16F被装在转子上对应于位置14F，14A，14B，14D，14H，和14J。

检测元件16A到16B（分别位于位置14F，14A）被称为“同步检测元件”，在图上用双交叉剖面线表示，其余的检测元件16C到16F称之为“识别检测元件”在图中用斜剖面线表示。为实施本发明的识别系统，要求至少两个同步检测元件16A，16B以及从零到N个（包括N个）附加识别检测元件16C到16F分布在转子10上。在图上的例子里数N是4，但任何适当数目的识别检测元件都可以用。同步检测元件和识别检测元件的用处在下面将要讨论。

在图上还重叠有在设备内装有的相应的第一和第二检测器20A，20B所布置的位置（互相之间及对于旋转轴线10A的）。检测器20A，20B以任何适当的方式装在设备内。每个检测器20A，20B当邻近它的一个检测元件经过它时响应而产生输出信号或脉冲。从每个检测器20A，20B产生的输出由对应的线路22A，22B传送。

按照本发明，同步检则元件16A，16B及附加的识别检测元件16C到16F的预定的对于互相之间和对于旋转轴线10A的位置关系来布置。进而，检测器20A，20B也以同样的对于互相之间和对于旋转轴线10A的预定位置关系进行布置。

在机内同步检测元件16和检测器20A，20B所布置的优选位置关系在图中以实线表示。关于同步检测元件16A和16B，在优选的情况下这些元件16A，16B被布置在离旋转轴线10A为同样的幅向距离R上，并且围绕旋转轴线10A布置得相距一预定的角度β。此β角最好小于180度。检测器20A，20B相似地被安置在围绕旋转轴线及离它为实质上同样的辐向距离R和同样的预定角β。如将在这里讨论的，同步检测元件和检测器也可以占有其他位置关系。

在图中识别检测元件16C到16F的优选位置关系也表示为实线。识别检测元件16C到16F和同步检测元件16A，16B一样位于离轴线10A相同的辐向距离R上。然而，识别检测元件16C到16F在角度上绕轴线10A如此布置，使没有两个识别检测元件按相距预定的角度β而分开。

运行时，由于在同步检测元件16A，16B，检测器20A，20B，和识别检测元件16C到16F之间有如上述的位置关系，随转子10旋转于箭头12的方向上。只有两个同步检测元件16A，16B同时经过它的邻近的检测器20A，20B各相应的一个。如将要阐述的，这种情形允许在转子10每转一圈能产生一个唯一的同步信号。

前面已注意到，检测器20A，20B的每一个用来在邻近它的检测元件经过时产生一个脉冲。因此，由于同步检测元件16A，16B实质上同时经过所靠近的对应的检测器20A，20B，由它产生的脉冲经线路22A，22B送到同步信号发生装置24，在图中功能上用逻辑符号AND表示，响应由第一和第二检测器20A，20B来的实质上同时产生的信号，以产生一同步信号于线路26上。按照本发明，在线路26上的同步信号只在同步检测元件16A，16B实质上同时经过邻近对应的检测器20A，20B时才产生。

识别检测元件16C到16F被用来产生转子识别信息;由此可确定转子10的同一性。所以，检测器20A，20B的每一个通过线路22A，22B接到号30表示的编码装置。编码装置30利用以下事实，按照本发明的优选实施例，识别检测元件16C到16F在转子10上布置得使没有两个这种元件位于相距预定角度β的地方。

当一个识别检测元件16C到16F经过邻近检测器时，检测器20A，20B的每一个产生一输出脉冲。编码装置30由在线路26上的同步信号所启动。一般讲，编码装置30响应于检测器在邻近它的识别检测元件经过时产生的脉冲而产生一表示第一二进制数的信号，以及响应于另一个检测器在邻近它的识别检测元件经过时产生的脉冲而产生一表示第二二进制数的信号。

编码装置30的逻辑操作可以从在图中表示的真值表得到更清楚地理解。检测器20A产生一个脉冲而没有另一检测器20B同时产生的脉冲存在时，被编码为二进制“1”。相反，检测器20B产生一个脉冲而没有另一检测器20A同时产生的脉冲存在时，编码为二进制“0”。转子识别装置32接到编码装置30的输出口，它可用来对编码装置30输出的一个或多个编码信号译码，以产生转子识别信号于线路34上。

当同步检测元件16A，16B，或者识别检测元件16C到16F经过邻近的检测器时，每一个检测器20A，20B产生输出脉冲。在优选的实施例中，各检测器20A，20B也被联接到以标号38表示的计数装置去。计数装置38在图中用逻辑符号OR38G表示，而计数器38C接在其输出端，也响应于在线路26上的同步信号而被启动。计数装置38的逻辑被安排成在线路38L上产生计数脉冲，它触发在那里的计数器38C产生对脉冲总的计数值，此脉冲由各检测器20A，20B响应任何邻近于它的检测元件经过而产生。计数器38C可接到比较器40，有一预定的参考数被加到其上。

在该理解到由同步信号发生装置24，编码装置28，计数装置38，及比较器40所提供的功能可以经任何组合元件和可编程的器件的适当的组合来实施。现在宣布一种方法，用此方法本发明的上述特点可以被用来构成微处理机为基础的计算机控制转子识别系统的实施形式。在所讨论的实施形式中，检测元件16A到16F用磁铁来实现，此磁铁的极性适合于在用作为检测器20A，20B的霍尔效应传感器中触发起脉冲;同步信号发生装置24用集成逻辑NOR门来实现，该门响应线路22A，22B上的信号（提供逻辑功能AND）;以及计数装置38包括集成逻辑NAND门（提供逻辑功能OR），响应这些同样的信号，产生脉冲。

采用输入寄存器，适当地编程的微处理器读出在线路22A，22B上的来自对应的检测器20A，20B的信号，在线路26上的同步信号（来自NOR门），以及在线路38L上的计数脉冲（来自NAND门）。

起初实行运行的诊断阶段。微处理机搜索存储在寄存器中的任何脉冲，即在线路22A，22B上接收到的脉冲。在规定的时间间隔之后若未检出脉冲，发出第一疹断差错信号，转子识别被阻止。若脉冲被检出，微处理机搜索来自NOR门的左线路26上同步信号的开始端（例如，从低到高的电压信号）。若在规定时间间隔后没有检出同步信号的前缘，发出第二诊断差错信号，转子识别被阻止。假设同步信号的前缘被检出，此信号的尾端被微处理机用来清除内部计数器。微处理机响应来自NOR门的在线路26上的同步信号对接收到的来自NAND门的脉冲计数，并将此计数存入寄存器中。假如预定的计数数目没有检测出，第三诊断差错信号被发出，识别工作被排除。在此之前描述的系统中，合适的在同步信号之间被检出的参考数可能是十或者十一（取决于同步磁铁经过检测器的同时性）。假如没有接收到合适的计数，另一个诊断差错信号被发出，转子识别就被阻止。

假设合适的诊断计数已经检出，下一个出现的同步信号使微处理进入运行的转子识别阶段。以后所计脉冲数被忽略。在此阶段中从检测器来的信号被用来决定四个二进制数的转子码。此码与码的存储库作比较，并且发出转子识别信号。

对于示于图中的具体转子，假设检测器的输出正常时逻辑“1”（“高”电压），在转一周期间由每个检测器20A，20B产生的脉冲次序在一个同步信号之后是如下这样：

20A/22A：1010

20B/22B：0101

使用对于编码装置30的示于图中的真值表，其模式将产生转子码“1010”。最好，此识别手续在肯定的识别作出之前重复规定次数。只要在任何次重复中出现不同的转子一致性的认定就发出差错信号。转子的识别如果需要的话也可以和在线输入的转子鉴别值作比较来进行。

因为同步信号在转子每转一周产生一次，如果需要，线路26也可以接到一个计数器42（见图）上，用作测速机。

人们注意到，在优选的例子中检测元件用适当地贴于转子10上的磁铁来实行，因此检测器20A，20B是一种对磁性响应的器件，如霍尔效应传感器。磁片粘贴时的适当的极性对着传感器。当然，应理解，检测元件可以用反光区或吸光区来实现，此时检测器20A，20B相应地由成对的光源/受光器件来实现。

图中检测元件16的位置14一般处在离旋转轴线半径为R的圆形轨道上（用虚线示出）。检测器20A，20B相应地处于机内的工作位置上。这种“单迹”实施方式是最好的，因为单迹安排避免了可能的交叉干扰的麻烦，这种麻烦在下面情况下存在：幅向多迹必须固定于有限的幅向空间内，且要使所要求检测元件和检测器数目尽量最少。然而，如果要求的话，本发明可以用两个（或更多个）同心的检测元件和对应的检测器分布轨迹来实现，只要同步信号由各检测元件实质上同时经过邻近的检测器之一时发出。作为这种实施形式的一个例子，空间角β可保留，只是一个同步检测元件（例如元件16B′）及一个检测器（例如检测器20B′）（二者均以虚线表示出）被安置在靠近旋转轴线10A处（即在幅向靠里的轨迹）。作为替换的例子，同步检测元件之一（例如元件16B″）及检测器之一（例如检测器20B″）安置在幅向靠里的轨迹上，两个同步检测元件16A，16B″及两个检测器20A，20B″则处在对于旋转轴线是同一角度的位置上（即它们之间的角度β是零度）。这种替换例也示出于图上。不管哪一种情况下在内轨迹上可以任何适当的所要求的配置法安置任何数目的识别检测元件。

识别检测元件16C到16F可以以任何适当的型式相对于同步检测元件来安排。图中一些识别检测元件（即，元件16C，16D）配置在同步检测元件16A，16B之间（按旋转方向12），而其余的识别检测元件（即，元件16E，16F）配置在同步检测元件16B，16A之间区域内（仍按旋转方向12）。如果要求，全部识别检测元件可配置在一个这样的区域内或另一区域内。此外，识别检测元件可以配置在一个或多个幅向轨迹上。当然，考虑到转子平衡，可以是必须的，也可以是要求的，要提供适当的质量于转子的一些地方，使由于同步及识别检测元件的存在而仍能得以平衡。人们注意到，虽然检测元件16A到16F相信是最恰当的配置在转子10的下表面上，但本发明并不限制于此。任何适合的转子10的表面都可使用，而检测器20A，20B则相应地可操作地安置。

从上述内容可知，识别检测元件数N决定了本发明的转子识别系统可以识别多少个单个转子。图中有四个附加的识别检测元件（16C到16F）在转子上，编成码则使用本发明的系统后可以区分转子的可能的总数是2^N，或16。可以选用任何适当的N数，也可以用其他合适的编码系统。

从以上所述可以明白，按照本发明的识别系统，任何检测器误动作，如一直指出同步检测元件存在，又如一直指示同步检测元件不存在，导致的是无识别而非错识别。此系统也可以具体化为不要读数，而产生警告信号，或者不能驱动，按离心系统的要求而定。本发明的识别系统与角度位置无关，而只与响应同步元件实质上同时经过邻近的检测器而产生同步信号有关。任何统一的或非统一的空间布置都可以用，只要符合布置方面的和不含糊的检测方面的实际考虑就可。

本领域普通技术人员得益于本发明的教导可以作出许多修改。这种修改被解释为属于由所附的权利要求书限定的本发明的范围之内。

Claims (34)

1、一种转子识别系统，用来识别多个相同的离心机转子的每一个，该转子绕旋转轴线旋转，每个转子至少有二个同步检测元件及最多为N个的附加识别检测元件位于其上，同步检测元件互相之间和相对于旋转轴线以预定的关系布置，其特征是该系统包括：

第一和第二检测器，该检测器互相之间和相对于旋转轴线以同样的预定关系布置，每个检测器用来当邻近的检测元件经过时而发生一信号；以及

一个装置，响应实质上同时发生来自第一和第二检测器二者的信号而产生同步信号。

2、根据权利要求1的系统，其特征是其中各同步检测元件位于围绕旋转轴线相距β角处，而各检测器也位于围绕旋转轴线相距β角处。

3、根据权利要求2的系统，其特征是其中预定的角度β是小于180度。

4、根据权利要求2的系统，其特征是其中同步检测元件在离旋转轴线为同样的幅向距离上配置，检测器也在离旋转轴线同样的幅向距离上配置。

5、根据权利要求2的系统，其特征是其中第一同步检测元件在离旋转轴线为第一幅向距离上配置，第二同步检测元件在离旋转轴线为第二幅向距离上配置，以及

第一检测器在离旋转轴线为第一幅向距离上配置，第二检测器在离旋转轴线为第二幅向距离上配置。

6、根据权利要求1的系统，其特征是其中各同步检测元件在离旋转轴线为同样的幅向距离上配置，各检测器也在离旋转轴线为同样的幅向距离上配置。

7、根据权利要求1的系统，其特征是其中第一同步检测元件在离旋转轴线为第一幅向距离上配置，第二同步检测元件在离旋转轴线为第二幅向距离上配置，以及

第一检测器在离旋转轴线为第一幅向距离上配置，第二检测器在离旋转轴线为第二幅向距离上配置。

8、根据权利要求1的系统，其特征是还包括：一个计数器，同时对由至少一个检测器响应邻近的检测元件经过它而发生的每一个信号进行计数。

9、根据权利要求1的系统，其特征是还包括：一个计数器，用来对由至少一个检测器响应邻近的识别检测元件经过它而发生的每一个信号进行计数。

10、根据权利要求1的系统，其特征是还包括：一个计数器，响应同步信号对由至少一个检测器响应邻近于它的检测元件经过时发生的每一个信号进行计数。

11、根据权利要求1的系统，其特征是还包括：一个计数器，响应同步信号对由至少一个检测器响应邻近于它的识别检测元件经过时发生的每一个信号进行计数。

12、根据权利要求11的系统，其特征是还包括：一比较器，用于将由计数器产生的计数值和规定的参考计数值作比较。

13、根据权利要求10的系统，其特征是还包括：一个比较器，用于将由计数器产生的计数值和规定的参考计数值作比较。

14、根据权利要求9的系统，其特征是还包括：一个比较器，用于将由计数器产生的计数值和规定的参考计数值作比较。

15、根据权利要求4的系统，其特征是其中识别检测元件围绕旋转轴线如此配置，使没有二个识别检测元件位于相距规定的角度β处，此系统还包括：

编码装置，响应由检测器之一随一个邻近于它的识别检测元件经过而发生的信号，用于产生一个表示为第一二进制数的信号;响应由另一个检测器随一个邻近于它的识别检测元件经过而发生的信号，用于产生一个表示为第二二进制数的信号。

16、根据权利要求3的系统，其特征为其中识别检测元件围绕旋转轴线如下配置，使得没有二个识别检测元件位于相距规定的角度β处，此系统还包括：

编码装置，响应由检测器之一随一个邻近于它的识别检测元件经过而发生的信号，用于产生一个表示为第一二进制数的信号;响应由另一个检测器随一个邻近于它的识别检测元件经过而发生的信号，用于产生一个表示为第二二进制数的信号。

17、根据权利要求2的系统，其特征是其中识别检测元件围绕旋转轴线如下配置，使得没有二个识别检测元件位于相距规定的β角度处，此系统还包括：

编码装置，响应由检测器之一随一个邻近于它的识别检测元件经过而发生的脉冲，用于产生一个表示为第一二进制数的信号;响应由另一个检测器随一个邻近于它的识别检测元件经过而发生的脉冲，用于产生一个表示为第二二进制数的信号。

18、根据权利要求17的系统，其特征是还包括：一个装置，响应至少一个由编码装置产生的二进制数表示的信号，装置用于产生表示转子一致性认定的信号。

19、根据权利要求16的系统，其特征是还包括：一个装置，响应至少一个由编码装置产生的二进制数表示的信号，装置用于产生表示转子一致性认定的信号。

20、根据权利要求15的系统，其特征是还包括：一个装置，响应至少一个由编码装置产生的二进制表示的信号，装置用于产生表示转子一致性认定的信号。

21、一种离心机转子，围绕在离心设备内的旋转轴转动，设备内有至少一个第一和一个第二检测器，该检测器安置成互相之间和相对于旋转轴线遵循预定的关系，

转子有一个表面，其上配置有至少两个同步检测元件，转子有最多为N个的附加识别检测元件，其中同步检测元件在转子的此表面上安置成互相之间和对于旋转轴线遵循同样的预定的关系。

22、根据权利要求21的转子，其特征是其中检测器位于绕旋转轴线相距β角之处，而同步检测元件也位于绕旋转轴线相距角β处。

23、根据权利要求22的转子，其特征是其中预定的角度β是小于180度。

24、根据权利要求22的转子，其特征是其中检测器也配置在离旋转轴线同样的幅向距离上，同步检测元件配置在离旋转轴线同样的幅向距离上。

25、根据权利要求22的系统，其特征是其中第一检测器配置在离旋转轴的第一幅向距离上，第二检测器配置在离旋转轴的第二幅向距离上，以及

第一同步检测元件配置在离旋转轴的第一幅向距离上，第二同步检测元件配置在离旋转轴的第二幅向距离上。

26、根据权利要求24的系统，其特征是其中识别检测元件围绕旋转轴如此布置，使得没有两个识别检测元件位于相距预定的角度β之处。

27、根据权利要求23的系统，其特征是其中识别检测元件围绕旋转轴如此布置，使得没有两个识别检测元件位于相距预定的角度β之处。

28、根据权利要求22的系统，其特征是其中识别检测元件围绕旋转轴如此布置，使得没有两个识别检测元件位于相距预定的角度β之处。

29、根据权利要求28的转子，其特征是其中一些识别检测元件配置在依旋转方向看为第一和第二同步检测元件之间，而其余识别检测元件配置在依旋转方向为第二和第一同步检测元件之间。

30、根据权利要求27的转子，其特征是其中一些识别检测元件配置在依旋转方向为第一和第二同步检测元件之间，而其余识别检测元件配置在依旋转方向为第二和第一同步检测元件之间。

31、根据权利要求26的转子，其特征是其中一些识别检测元件配置在依旋转方向为第一和第二同步检测元件之间，而其余识别检测元件配置在依旋转方向为第二和第一同步检测元件之间。

32、根据权利要求21的转子，其特征是其中检测器配置在离旋转轴为同样的幅向距离上，同步检测元件也配置在离旋转轴为同样的幅向距离上。

33、根据权利要求21的转子，其特征是其中第一检测器配置在离旋转轴为第一幅向距离上，第二检测器配置在离旋转轴为第二幅向距离上，以及

第一同步检测元件配置在离旋转轴为第一幅向距离上，第二同步检测元件配置在离旋转轴为第二幅向距离上。

34、根据权利要求21的转子，其特征是其中一些识别检测元件配置在依旋转方向为第一和第二同步检测元件之间，而其余识别检测元件配置在依旋转方向为第二和第一同步检测元件之间。

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