高精度流路切换装置的制作方法

1.本技术涉及实验器材领域，尤其涉及一种高精度流路切换装置。


背景技术：

2.分析仪器中常常需要对流路进行控制，通过让流体流经不同的流路完成进样或分析功能；这种操作方式效率低、重复性差，不利于实现测试分析的自动化，因此逐渐被自动化的切换方式取代，基于步进电机的驱动装置是一种最为常见的自动化流路切换方式；步进电机是一种将电脉冲信号转化为相应角位移增量的电动机，操作简单，无需额外角度传感器就可实现定位，为自动化操作的实现提供了极大便利。
3.由于步进电机的运动是“增量式”的，因此用来驱动切换阀时需要利用行程开关或者光电断续器提供一个零位，然后再基于此零位，按照对应的角度转动以实现定位，这种方式为全开环式控制系统，某时，步进电机有可能发生“失步”，这将导致流路切换误差，甚至阻塞流路；此外，这种方式适配不同的流路时，需要手动修改程序、电路或参数，配置比较繁琐。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本技术提出了一种高精度流路切换装置，可以有效避免步进电机出现“丢步”情况，从而提高步进电机上多路阀的切换精度。
5.根据本技术的一方面，提供了一种高精度流路切换装置，包括步进电机、码盘、光电断续器、多路阀与控制器；所述多路阀安装在所述步进电机一端的转动轴上，所述码盘安装在所述步进电机另一端的转动轴上，所述多路阀与所述码盘同轴转动；所述光电断续器固定至所述步进电机的侧壁，且所述光电断续器与所述码盘同侧设置，所述光电断续器用于检测所述码盘的旋转角度并输出电信号；所述控制器与所述光电断续器通信连接，且所述控制器驱动所述步进电机。
6.在一种可能实现的方式中，所述多路阀的侧壁上开设有接管口，个数多个以上，所述接管口沿所述多路阀周向设置；多个所述接管口等差距设置。
7.在一种可能实现的方式中，所述码盘为圆形结构，所述码盘的边沿设有径向开槽，个数多个以上；所述多路阀与所述码盘同轴设置；所述开槽的数量与所述接管口的数量相等，且所述开槽的开设位置与所述接管口的开设位置正向对应。
8.在一种可能实现的方式中，还包括安装板，所述安装板固定至所述步进电机的侧壁，所述码盘与所述安装板同侧设置；
9.所述光电断续器固定至所述安装板的一端上。
10.在一种可能实现的方式中，所述光电断续器的一端与所述安装板固定连接，所述光电断续器的另一端开设有槽开光电开关。
11.在一种可能实现的方式中，所述槽开光电开关的一侧安装有光发射器，所述槽开光电开关的正相对侧安装有接收器；所述码盘的边沿部位设于所述光发射器和所述接收器
之间。
12.在一种可能实现的方式中，所述控制器包括步进电机驱动器、脉冲发生器、门限计数器和处理器；所述步进电机驱动器用于驱动所述步进电机；所述脉冲发生器用于发送驱动脉冲给所述步进电机驱动器；所述门限计数器可接收所述光电断续器及所述脉冲发生器的输出信号，且所述光电断续器使能对所述脉冲发生器输出的所述脉冲进行计数；所述处理器用于存储、比对所述门限计数器的计数值，控制所述脉冲发生器，接收外部指令。
13.本技术实施例的高精度流路切换装置的有益效果：码盘和多路阀分别安装在步进电机正相对的转动轴上，使码盘和多路阀可同轴转动，且码盘上开设的开槽与多路阀上开设的接管口一一对应，确保多路阀的定位精度不受步进电机失步的影响，且码盘边沿上开设的开槽呈等差距设置，又因接管口与开槽正向对应，可确保多路阀的流路切换正确，在更换时，无需修改程序或者电路，即可快速更换多路阀和码盘。
14.根据下面参考附图对示例性实施例的详细说明，本技术的其它特征及方面将变得清楚。
附图说明
15.包含在说明书中并且构成说明书的一部分的附图与说明书一起示出了本技术的示例性实施例、特征和方面，并且用于解释本技术的原理。
16.图1示出本技术实施例的高精度流路切换装置的主体结构示意图；
17.图2示出本技术实施例的高精度流路切换装置中控制器的信号图。
具体实施方式
18.以下将参考附图详细说明本技术的各种示例性实施例、特征和方面。附图中相同的附图标记表示功能相同或相似的元件。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。
19.其中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型或简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
20.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
21.在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。
22.另外，为了更好的说明本技术，在下文的具体实施方式中给出了众多的具体细节。本领域技术人员应当理解，没有某些具体细节，本技术同样可以实施。在一些实例中，对于本领域技术人员熟知的方法、手段、元件和电路未作详细描述，以便于凸显本技术的主旨。
23.图1示出根据本技术一实施例的主体结构的示意。如图1所示，本技术实施例的高
精度流路切换装置包括步进电机200、码盘400、光电断续器300、多路阀100与控制器；多路阀100安装在步进电机200一端的转动轴上，码盘400安装在步进电机200另一端的转动轴上，多路阀 100与码盘400同轴转动，光电续续断器固定至所述步进电机的侧壁，且所光电断续器300与所述码盘400同侧设置，所述光电断续器300用于检测码盘400的旋转角度并输出电信号，所述控制器与所述光电断续器300通信连接，且所述控制器驱动所述步进电机200；如此设置，多路阀100和码盘400安装在同一转动轴的两端，通过观察码盘400的转动角度或者转动速度，来了解多路阀100的的流路切换情况，且码盘400上开设的开槽与多路阀100上的接管口数量相等，且位置一一对应；在步进电机200一端安装的光电断续器300，其设于码盘400一侧的光电断续器300设有槽开光电开关，码盘400的边沿处设置在槽开光电开关的槽内，用于探测码盘400，并根据码盘400的转动角度和转动速度，发送相应的电信号，控制器接收电信号，并步进电机200运转。
24.应当指出的是，在本技术实施例的高精度流路切换装置中，多路阀100和码盘400分别固定至步进电机200上转动轴的两端，即码盘400 的转动速度和转动角度，与多路阀100相同。其中，多路阀100由阀体和中间的阀芯组成，阀芯可以旋转，旋转到特定角度时，阀芯上的孔和阀体上的某个孔就会对齐，此时，流路切换成功。
25.进一步的，码盘400呈圆盘状，中心位置开设的安装孔，与步进电机200上设置的转动轴相匹配，且在码盘400的边沿开设有多个开槽，码盘400边沿上开设的开槽为等差距设置，码盘400上开设的开槽与多路阀100上开设的接管孔数量相等，且开槽与接管孔的设置位置相同，即码盘400上的开槽与多路阀100上的接管孔一一对应，如此设置，通过检测码盘400上的开槽，即可得知多路阀100的转动速度和转动角度，相当于开槽的设置位置，对多路阀100上的接管孔进行了编码，来确保流路切换正确。
26.更进一步的，安装在步进电机200上转动轴的码盘400，便于拆卸，在需要使用不同位数的多路阀100时，更换与多路阀100相对应的码盘 400即可，无需去修改程序或者电路；如此设置，且码盘400上的开槽与多路阀100上接管孔相对应，保证了多路阀100流路的切换正确。
27.其中，参阅图1，在本技术实施例的高精度流路切换装置中，在步进电机200的侧壁上设置有安装板，安装板的设置位置在设有码盘 400的一侧，其中，安装板的一端固定至步进电机200的侧壁，安装板的另一端为悬空状态。
28.还包括光电断续器300，光电断续器300的一端固定在安装板上，光电断续器300的另一端开设有槽开光电开关，此槽开光电开关的两端，分别安装有光发射器和接收器；其中，光电断续器300与码盘400 设置在步进电机200的同一侧，且码盘400的边沿设置开槽的端部，放置在光电断续器300的槽开光电开关槽中，即码盘400和多路阀100在转动时，码盘400边沿处开设的开槽通过槽开光电开关槽中，光发射器发出光源，当码盘400上的开槽经过时，接收器可接收光发射器发射出的光源，当码盘400的边沿处没有开设开槽的部位经过时，由于码盘400的阻挡，接收器不能接收光发射器发出的光源，由此光电断续器300可将码盘400，即多路阀100的转动速度和转动角度的情况通过电信号的形式，发送给控制器。
29.在一种可能的实现方式中，控制器与光电断续器300通信连接，光电断续器300将多路阀100的转动速度和转动角度情况，发送给控制器，控制器用于分析光电断续器300发送的电信号，以及步进电机200 运转。
30.进一步的，控制器包括步进电机200驱动器、脉冲发生器、门限计数器和处理器，步进电机200驱动器用于步进电机200，脉冲发生器用于发送驱动脉冲给步进电机200驱动器，门限计数器可接收光电断续器及脉冲发生器的输出信号，且光电断续器使能对脉冲发生器输出的脉冲进行计数，处理器用于存储、比对所述门限计数器的计数值，控制脉冲发生器，接收外部指令。
31.其中，可以通过以下方式来实现，参阅图2，在处理器的控制下，脉冲发生器会产生一定的周期脉冲信号；参阅图2的a表，在脉冲信号的驱动下，步进电机200上的转动轴的旋转角度会发生“步进式”变化；参阅图2的b表，同时码盘400在步进电机200的带动下旋转，光电断续器300将会探测到码盘400上所开设的开槽，并输出电信号，每个电信号的后边沿出现时，即多路阀100正处于接通位置；门限计数器同时接收脉冲发生器与光电断续器的输出电信号，在光电断续器输出信号的前边沿启动对脉冲发生器输出脉冲信号的计数；参阅图2的c 表，当工作在启动模式时，在光电断续器输出信号的后边沿，处理器将计数值保存，步进电机200转动至少一圈后，处理器中将记录对应于码盘400上槽宽的一系列计数值a+d、a+2d
……
a+nd；参阅图2的d表，其中，d为开槽宽度等差数列公差对应的计数值，n为开槽数量，与多路阀100的位数相等；当工作在定位阶段时，在光电断续器输出信号的后边沿，处理器将门限计数器的输出与所存计数值a+d、a+2d、
……ꢀ
a+n d对比，即可得知当前接通的流路，若与设定位置相符则停止工作，反之则控制脉冲发生器继续工作，重复上述过程，直到到达设定位置。
32.还需要说明的是，在具体实现工程中，控制器可使用组合电路、单片机和fpga等器件实现具体的功能。
33.本技术实施例的高精度流路切换装置的工作原理：在步进电机 200的转动轴上，一端安装有多路阀100，另一端安装有码盘400，且码盘400边沿上开设的开槽，与多路阀100上开设的接管孔数量相等，设置位置相同，即开槽与接管孔的是一一对应的。在与码盘400的同侧上，还安装有与步进电机200连接的光电断续器，码盘400的边沿处设置在光电断续器300的槽开光电开关的槽内，光电断续器300分析码盘400上的开槽经过光电续电器的速度和个数，并将信号发送给控制器，通过控制器得出是否达到设定位置。
34.以上已经描述了本技术的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术的改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。