本实用新型涉及实验室离心机技术领域，具体的说，涉及实验室离心机转子自动识别和速度测控装置。
背景技术：
通用型实验室高速离心机一般配有多种不同型号的转子，适配不同数量和容量的离心管，基于机械安全因素，每个转子根据所带的离心样品重量和转子体自身的机械特性，都有经过验证的最高极限转速限制，如果设置的转速高于转子允许的极限转速，则会带来转子飞裂或电机轴变形或断裂的风险，引发安全事故。同时，每个转子也有相应的极限疲劳寿命，高速离心实验中需要统计每个转子使用的累计时长，超过规定使用寿命后，要求更换新的转子以确保离心作业安全。
离心分离沉降效果取决于离心机提供的相对离心力，相对离心力取决于转子中离心管所处的离心半径和转子转速，与离心半径成线性相关，与转速成二次方的关系，所以速度是离心机的一个重要参数，监测转子的实时速度并修正实际速度与设定速度的偏差具有重要意义。随着自动化机械手在实验室中的逐步应用，很多实验室离心机用户提出了转子定向停止需求，以便于利用坐标定位的机械手实现样品的自动装样与取样。
采用转子自动识别技术的实验室离心机可以通过微处理器自动识别转子型号并记录每个转子的累计使用时长。避免错误设置带来风险。免除人工记录时长的繁琐操作。当设定速度高于所选用转子允许的极限速度时，仪器自动停机报警并提示最高限速，提醒实验人员降低设置速度，如果需要以允许的最高速度进行离心，也可以使用速度自动调用模式，仪器识别转子型号后，系统自动调用该型号转子的最高速度进行离心，从而避免出现超速操作的安全隐患。嵌入式系统可以自动记录对应型号转子的累计使用时长，当累计时长达到规定的转子使用寿命时，提示实验员更换新的转子，避免出现转子超使用寿命运行的风险。
技术实现要素：
针对现有技术中存在的技术问题，本实用新型的目的是：提供一种易于拆装和维护的实验室离心机转子自动识别和速度测控装置。
为了达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案：
实验室离心机转子自动识别和速度测控装置，包括筒状编码盘、光电传感器、控制系统；实验室离心机驱动系统包括转子和位于转子下方带动转子转动的电机；筒状编码盘固定在转子下端，转子套装在电机转轴上，筒状编码盘的下部边沿设有多条沿圆周方向排列的槽缝；光电传感器安装在与电机的外壳相对固定的固定支架上，光电传感器槽口向上，与筒状编码盘槽缝配合激发信号；光电传感器与控制系统相接。采用这种结构后，可减小整体体积，且便于转子安装和拆换。
筒状编码盘包括用于与转子固定联接的圆筒部分和带有槽缝结构的环形部分，圆筒部分用于将筒状编码盘固定联接在转子的下端，带有槽缝结构的环形部分朝向下端，竖向的槽缝从环形部分的下边缘向上开设。采用这种结构后，当筒状编码盘槽缝结构未准确入位传感器感应槽口内足够深度时，光电传感器无信号反馈，将会产生报警信号并提示信号故障，可以防止转子装配位置高度方向未正确安装的错误。
槽缝的数量是六条，依次为一号槽缝、二号槽缝、三号槽缝、四号槽缝、五号槽缝、六号槽缝，前三条槽缝为一组，后三条槽缝为另一组，两组槽缝圆周对称布置；一号槽缝和二号槽缝、四号槽缝和五号槽缝之间角度用于确认初始位置，二号槽缝和三号槽缝、五号槽缝和六号槽缝之间的编码角度用于区分识别转子型号。采用这种结构后，分成两组信号源，每组都有一个角度固定的初始校验信号和因转子型号不同而角度不同的检验信号，通过两路信号的对比进行编码。角度固定的初始校验信号位置同时可以用于定向停止的位置信号反馈信息源，配合电阻刹车控制系统参数和实时位置信息反馈可以实现对称位置的定向停止功能，便于配合坐标式机械手自动化装样取样作业。同时，两组对称布置，每旋转一圈获得两个识别信号，转子最快旋转半圈就可以获得转子信息，比采用非对称结构的磁钢结构反应速度快一倍。传统磁钢结构采用不对称分布，需要增加额外配重才可以配平衡，筒状编码盘采用对称分布的槽缝，无需引入额外配重，不会带来额外不平衡量。
一个转子对应设有一个筒状编码盘；各筒状编码盘的一号槽缝和二号槽缝、四号槽缝和五号槽缝之间所夹的圆心角相等，用于校验初始位置，而二号槽缝和三号槽缝、五号槽缝和六号槽缝之间所夹的圆心角不等，用于编码识别。
一号槽缝和二号槽缝、四号槽缝和五号槽缝之间所夹的圆心角为6度，二号槽缝和三号槽缝、五号槽缝和六号槽缝之间所夹的圆心角为6n度，其中n取2以上的整数。采用这种结构和优选参数后，共可以实现26个型号的转子编码。实验室离心机每台机器适配的转子一般不超过10个，该优选参数下的容量足够应用于实验室离心机转子编码，且能保证角度信号差异明显，容易探测，筒状编码盘易于制造加工且具备足够的机械强度。优选参数基于实验室离心机的应用需求和系统可靠性考虑，但并不限定该具体的参数。
光电传感器为对射式光电传感器。采用这种结构后，相对于传统采用霍尔传感器配合磁钢的方式，抗磁场干扰能力更加优越。
光电传感器通过固定支架安装在电机的外壳上，固定支架为环形板，电机的转轴穿过固定支架。
固定支架上设有供光电传感器的导线穿过的通孔。采用这种结构后，便于导线从下方引出，接入离心机主控制集成电路板。
实验室离心机转子自动识别和速度测控装置还包括安装在固定支架上端的保护罩；光电传感器位于保护罩内。采用这种结构后，光电传感器处于仅有转动间隙位置开口的保护空间内，可以有效防止污渍飞溅到传感器感应窗口位置。
光电传感器采用IP66级的导线型光电传感器。采用这种结构后，即使传感器感应窗口因不当使用导致有污渍遮挡，也可以在拆离转子后，可以方便的用带酒精的棉签对传感器感应表面进行维护清理。因冷冻离心机离心腔中可能存在冷凝水，离心腔中可能由于其他不可控因素有污渍存在，为增强光电传感器的可靠性，传感器需要选用IP66防护等级带导线型独立安装的型号，且设置有保护罩进行保护。
总的说来，本实用新型具有如下优点：
1.可用于转子的自动识别，用于识别转子的筒状编码盘与光电传感器结构可以同时用于监测离心机运行过程中的实时速度，获取的速度反馈信号量比非对称分布的结构多一倍。用于识别转子的初始位置校验结构可以同时作为定向停止的位置信号源。
2.与人工设定转子型号和统计转子累积使用时长相比，可以节省实验室工作人员的繁琐操作及避免误设置，确保离心机安全作业，提高实验效率。
3.与常见的磁钢及霍尔传感器转子识别结构相比，实用新型具有对称平衡性和结构紧凑性，半圈就可以获得一个识别信号，比常见结构快一倍的识别速度。由于电机本身带有磁场，以及现在很多自动化作业的机械手采用磁铁吸附离心管的方式自动化放样取样作业，光电传感器结构相对磁钢霍尔传感器结构抗磁场干扰性更强。
4.轴向安装方式便于转子的拆换，便于光电传感器清洁维护，如果光电传感器对射感应窗口被污渍遮挡，将转子与筒状编码盘从电机的转轴上拆离后，可以用沾有少量酒精的棉签清理传感器感应槽表面。
5.光电传感器安装在电机的外壳附近，由于电机运行自身会发热，传感器所在位置不会存在主动冷凝的冷凝水。
附图说明
图1是本实用新型的剖视图。
图2是筒状编码盘的立体图。
图3a-3f是筒状编码盘的六种型号的示意图，依次是型号1-型号6。
图4是筒状编码盘转动一圈光电传感器输出电平波形示意图，依次是型号1-型号6。
图5是转子识别和报警流程图。
其中，1为转子，2为筒状编码盘，3为光电传感器，4为固定支架，5为保护罩，6为电机，2-1为一号槽缝，2-2为二号槽缝，2-3为三号槽缝，2-4为四号槽缝，2-5为五号槽缝，2-6为六号槽缝。
具体实施方式
下面将结合附图和具体实施方式来对本实用新型做进一步详细的说明。
实验室离心机转子自动识别和速度测控装置，包括筒状编码盘、光电传感器、控制系统。安装在实验室离心机上，实验室离心机驱动系统包括转子和位于转子下方带动转子转动的电机，电机的转轴带动转子转动，电机设有外壳。
筒状编码盘包括用于与转子固定联接的圆筒部分和带有槽缝结构的环形部分，圆筒部分用于将筒状编码盘固定联接在转子的下端，带有槽缝结构的环形部分朝向下端，竖向的槽缝从环形部分的下边缘向上开设。槽缝的数量是六条，依次为一号槽缝、二号槽缝、三号槽缝、四号槽缝、五号槽缝、六号槽缝，前三条槽缝为一组，后三条槽缝为另一组，两组槽缝圆周对称布置；一号槽缝和二号槽缝之间(四号槽缝和五号槽缝之间)的固定校验角度用于确认初始位置，二号槽缝与三号槽缝之间(五号槽缝和六号槽缝之间)的编码角度用于区分识别转子型号。一个转子对应设有一个筒状编码盘；各筒状编码盘的一号槽缝和二号槽缝之间(四号槽缝和五号槽缝之间)所夹的圆心角相等，用于校验初始位置，而二号槽缝和三号槽缝之间(五号槽缝和六号槽缝之间)所夹的圆心角不等，用于编码识别。一号槽缝和二号槽缝之间(四号槽缝和五号槽缝之间)所夹的圆心角优选参数为6度，二号槽缝和三号槽缝之间(五号槽缝和六号槽缝之间)所夹的圆心角优选参数为6n度，其中n取2以上的整数。如图3a-3f，各筒状编码盘的二号槽缝和三号槽缝之间(五号槽缝和六号槽缝之间)所夹的圆心角依次为12度、18度、24度、30度、36度、42度，通过图4的信号识别出对应的筒状编码盘，从而识别出对应的转子型号。
光电传感器为对射式光电传感器。光电传感器通过固定支架安装在电机的外壳上，槽口向上，固定支架为环形板，电机的转轴穿过固定支架。固定支架上设有供光电传感器的导线穿过的通孔。实验室离心机转子自动识别和速度测控装置，还包括安装在固定支架上端的保护罩；光电传感器位于保护罩内。光电传感器采用IP66级的导线型光电传感器。
控制系统与光电传感器相接。控制系统通过分析光电传感器信号差异和频率差异来编码和监测速度是现有成熟技术。
离心机启动运行后，先在低速如360转/分钟的速度下运转，检测光电传感器是否有信号返回，如果没有信号返回则说明光电传感器故障或者转子没安装到准确高度位置，无信号反馈则停机并报信号故障。信号反馈正常，则根据光电传感器反馈的检测角度信号与初始校验角度信号的比值，识别确认转子型号，确认型号后，自动调用该型号转子适合的最高转速或对比设定速度是否小于该型号转子容许的极限速度，超过限制速度则停机报超速故障，速度设置小于等于最高限制速度则进一步判断该转子累积使用时长是否已达到极限寿命，当设定速度小于等于极限速度，累积时长未超过极限寿命时，才按设定程序逐级加速开始离心作业。离心机运行过程中，通过计算传感器与筒状编码盘的槽缝结构产生的高电平频率，可监控实时运行速度，当实际速度与设定速度的偏差大于容许速度偏差值时，微处理器根据实时检测速度值修正电机控制参数，调整减小实时速度与设定速度的偏差。按设定时间完成离心作业后，利用初始校验信号位置作为位置控制反馈信号源，结合电机刹车电阻减速控制参数逐级减速并实时监测位置信号，实现转子在对称位置的定向停止功能。
本实用新型基于离心机单方向旋转的应用特点，采用光电传感器，配合固联于转子上，且带有六条槽缝的筒状编码盘零件。在设定的低转速条件下，利用槽缝对应的角度关系，对不同的转子进行编码。实现转子自动识别并自动累计相关转子运行时间信息，在运行过程中，利用光电传感器信号可监控槽缝旋转频率，从而计算出实际转速，进而可以通过嵌入式系统自动优化电机驱动控制参数，修正离心机实时速度与设定速度的偏差。六条槽缝构成对称分布的两组识别信号，每组识别信号包含一个角度不变的初始位置校验信号和一个标识不同转子而角度不同的检测信号。利用角度不变的初始位置检测信号作为控制反馈信号源，可以结合电机刹车电阻控制系统，实现转子对称位置定向停止，离心机应用的所有转子都是对称平衡分布的，样品装载也必须对称平衡放置，对称位置定向停止，可以用于坐标定位机械手实现自动化装样与取样。
本实用新型可以实现转子自动识别功能，实现转子运行时长自动累计，监控转子使用寿命，同时通过实时监控离心机的实际转速，提高离心机速度控制能力。利用本装置筒状编码盘初始位置角度不变的检测信号作为控制反馈信号源，可以结合电机刹车电阻控制系统，实现转子对称位置定向停止，满足应用坐标定位机械手进行自动化装样与取样的功能需求。实验室离心机采用本实用新型技术，可有效防止离心机转子超速运行和超寿命使用的风险，保障实验室离心机的安全运行；可精准的控制实时离心速度，获得更加稳定的相对离心力；可实现对称位置定向停止，便于配合坐标定位式机械手自动化进样取样，实现自动化作业流程，提高实验人员的工作效率。
上述实施例为实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。