一种搅拌子检测系统及其检测方法
【专利摘要】本发明公开了一种搅拌子检测系统，该系统包括容器、搅拌子、磁力搅拌器、第一光电管、霍尔传感器、第二光电管和控制器；所述系统可以用于搅拌子运动状态的检测，检测方法包括以下步骤：步骤1、获得搅拌子的转动相位，记为θ1’，步骤2、分别获得永磁铁转盘的磁场相位，记为θ0，以及搅拌子的磁场相位，记为θ1，步骤3、根据搅拌子的转动相位对搅拌子的磁场相位进行校正，得搅拌子的校正相位，记为θ1”，步骤4、根据步骤2获得的θ0以及步骤3获得的θ1”，获得永磁铁转盘与搅拌子的相位差，并根据相位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，并进行调整以回归正常搅拌。
【专利说明】
一种搅拌子检测系统及其检测方法
技术领域
[0001] 本发明涉及实验设备领域，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。
【背景技术】
[0002] 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。
[0003] 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。
[0004] 由于上述原因，本发明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 完成本发明。
【发明内容】
[0005] 为了克服上述问题，本发明人进行了锐意研究，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。
[0006] 具体来说，本发明的一方面在于提供一种搅拌子检测系统：
[0007] (1)-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、搅拌器3、第一光电管4、霍尔传感器5、第二光电管6和控制器，其中，
[0008] 所述搅拌子包括普通搅拌子和校正搅拌子，所述普通搅拌子为纯白色，所述校正 搅拌子的一端为白色、另一端为黑色；
[0009] 所述搅拌器3包括永磁铁转盘31和转盘带动器32;
[0010] 所述第一光电管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； [0011]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 盘的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，其中， 所述搅拌子为普通搅拌子；
[0012] 所述第二光电管6位于搅拌子2的上方，用于测量搅拌子2的转动相位，其中，所述 搅拌子为校正搅拌子；
[0013] 所述控制器用于控制搅拌器3的转动，并接收和储存第一光电管4、霍尔传感器5和 第二光电管6的输出信号；
[0014] (2)根据上述(1)所述的系统，其中，
[0015] 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
[0016] 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;和/或
[0017]所述控制器为单片机；
[0018] (3)根据上述(1)或(2)所述的系统，其中，
[0019] 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，记为1C永磁铁转盘 产生的磁场为永磁铁转盘磁场，记为搅拌子磁场与永磁铁转盘磁场叠加后的磁场为叠 5 加磁场，记为呑m :
[0020] 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8。
[0021] 本发明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：
[0022] (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：
[0023] 步骤1、获得搅拌子的转动相位，记为0^ ;
[0024] 步骤2、分别获得永磁铁转盘的磁场相位，记为0〇,以及搅拌子的磁场相位，记为01;
[0025] 步骤3、根据步骤1获得的搅拌子的转动相位对搅拌子的磁场相位进行校正，得搅 拌子的校正相位，记为0:"；
[0026] 步骤4、根据步骤2获得的0〇以及步骤3获得的0广，获得永磁铁转盘与搅拌子的相位 差，并根据相位差判断搅拌子的运动状态；
[0027] (5)根据上述(4)所述的方法，其中，
[0028] 步骤1包括以下子步骤：
[0029]步骤1-1、将校正搅拌子放于容器中，启动搅拌器；
[0030]步骤1-2、第二光电管6发送红外光线，校正搅拌子在旋转时其白色一端检测到红 外光线，并将红外光线反射回第二光电管6;
[0031] 步骤1-3、第二光电管6根据步骤1-2的反射光输出波动的信号，获得搅拌子的转动 相位；
[0032] 和/或
[0033] 步骤2包括以下子步骤：
[0034] 步骤2-1、将校正搅拌子换为普通搅拌子，启动搅拌器；
[0035] 步骤2-2、通过霍尔传感器5检测磁场信号，同时采用步进电机进行磁场信号数据 点的同步采集；
[0036] 步骤2-3、根据步骤2-2采集的磁场信号获得永磁铁转盘的磁场相位和搅拌子的磁 场相位；
[0037] 和/或
[0038] 步骤3包括以下子步骤：
[0039]步骤3-1、获得搅拌子的磁场相位0:与搅拌子的转动相位0:'之间的误差，并将所述 误差传入控制器进行存储；
[0040] 步骤3-2、通过步骤3-1获得的误差对搅拌子的磁场相位进行校正，得搅拌子的校 正相位9 i"；
[0041] (6)根据上述(4)或(5)所述的方法，其中，
[0042]在步骤1-3中，所得校正搅拌子的转动相位与普通搅拌子的转动相位相同，即代表 搅拌子的转动相位，记为；和/或
[0043] 所述步骤1在所述系统第一次使用前或出厂前操作一次，后续使用中任选地进行 步骤1;和/或
[0044] 在步骤2-2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^ ? 1个数据点，所述数据点磁场的信号数据，记为x[n]，其中n = l， 2，…，N，所述N为数据采集次数；
[0045] (7)根据上述(4)至(6)之一所述的方法，其中，磁场相位通过式（1)_(3)得到：
[0049] 其中，a表示磁场的余弦分量，b表示磁场的正弦分量，0表示磁场相位，x[n]为检测 到的数据点，n co s为采集数据对应的磁场旋转角度；
[0050] (8)根据上述(4)至(7)之一所述的方法，其中，
[0051] 根据式（1)-(3)得到相应参数ao、bQ以及0〇,其中，ao为永磁铁转盘磁场的余弦分 量，bo为永磁铁转盘磁场的正弦分量，x[l]为没有搅拌子情况下的检测到的数据点，0〇为永 磁铁转盘的磁场相位，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 [0052]搅拌子的磁场相位由式(4)_(6)获得：
[0053] ai = a2~ao 式（4)
[0054] bi = b2-bo 式（5)
[0056]其中，a2表不的余弦分量，b2表不的正弦分量，ai为搅拌子磁场的余弦分 量，bi为搅拌子磁场的正弦分量，0i为搅拌子的磁场相位；
[0057] (9)根据上述(4)至（8)之一所述的方法，其中，在步骤4中，所述相位差由式（7)获 得：
[0058] A 0 = 01"-0〇 式（7)
[0059] 其中，A 0为相位差，所得相位差反映搅拌子与永磁铁转盘的角度差；
[0060] (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（0m)判断 搅拌子的运动状态：
[0061] 当角度差(0m)为一固定值时，搅拌子随着永磁铁转盘进行匀速转动，
[0062] 当角度差(0m)不稳定时，搅拌子处于摆动或游走的状态，
[0063] 当角度差为零时，搅拌子飞出搅拌体系。
【附图说明】
[0064] 图1示出根据本发明一种优选实施方式的搅拌子检测系统的结构示意图；
[0065] 图2示出示出根据本发明一种优选实施方式的永磁铁转盘磁场与搅拌子磁场矢量 置加不意图；
[0066] 图3示出根据本发明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；
[0067] 图4示出根据本发明一种优选实施方式的搅拌子在均匀磁场中受力矩示意图；
[0068] 图5示出根据本发明一种优选实施方式的霍尔信号方法电路示意图；
[0069] 图6示出根据本发明一种优选实施方式的搅拌子检测系统的框图；
[0070] 图7示出根据本发明一种优选实施方式的搅拌子运动状态检测及补偿示意图。 [0071] 附图标号说明：
[0072] 1-容器
[0073] 2-搅拌子
[0074] 3-磁力搅拌器
[0075] 31-永磁铁转盘
[0076] 32-转盘带动器
[0077] 4-第一光电管
[0078] 5-霍尔传感器
[0079] 6-第二光电管
[0080] 7-连接棒
[0081] 8-电容交流耦合放大电路
【具体实施方式】
[0082] 下面通过附图和实施例对本发明进一步详细说明。通过这些说明，本发明的特点 和优点将变得更为清楚明确。
[0083] 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。
[0084] 根据本发明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所不，其包括容器1、搅拌子2、搅拌器3、第一光电管4、霍尔传感器5、第二光电管6和控制 器。
[0085]根据本发明一种优选的实施方式，所述搅拌子包括普通搅拌子和校正搅拌子。 [0086]在进一步优选的实施方式中，所述普通搅拌子为纯白色，所述校正搅拌子的一端 为白色、另一端为黑色。
[0087]其中，在正常搅拌使用时采用普通搅拌子，在正常使用前进行校正时采用校正搅 拌子。
[0088] 所述搅拌器3包括永磁铁转盘31和转盘带动器32,所述第一光电管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2和永磁铁转盘31的磁场信号。
[0089] 其中，如图2所示，永磁铁转盘产生的磁场为永磁铁磁场，记为It,搅拌子产生的磁 场为搅拌子磁场，记为By与吞s.叠加后的磁场为叠加磁场，记为1并且，0m表不永 磁铁转盘磁场与搅拌子磁场之间的角度差，其反映搅拌子与永磁铁转盘之间的角度差。
[0090] 根据本发明一种优选的实施方式，如图3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、外部磁场吸引力和容器的支持力，在转盘旋转过程中所受的力是重 力、外部磁场吸引力、容器的支持力、溶液的阻力，其中，在图3中，N表示磁场的N极，S表示磁 场的S极。
[0091] 根据本发明一种优选的实施方式，如图3所示，当永磁铁转盘不旋转时搅拌子平行 于永磁铁转盘生成的外部磁力线，并不存在任何力矩成分。但是，如图4所示，当永磁铁转盘 旋转时，搅拌子与外部磁场生成一定角度，记外部磁场为1,在搅拌子上会产生一定的力 矩，搅拌子开始转动。
[0092] 其中，产生角度后搅拌子转动，再产生角度搅拌子再转动，往复，使得搅拌子做匀 速运动，其产生的角度也几乎相等;但是当容器内阻力过大，大于搅拌子的力矩时，搅拌子 的转动就会受限制，转动迟钝或停止转动，而此时永磁铁转盘在继续转动，搅拌子跟不上永 磁铁转盘的转动，其产生的角度变化不定，产生"失步"现象;或者，当搅拌子的转动惯性过 大时，搅拌子转动过快于永磁铁转盘的转动，甚至搅拌子转动时会飞出搅拌体系，此时，其 产生的角度变化不定，同样发生"失步"现象。
[0093]因此，根据上述原理，可以通过搅拌子磁场与永磁铁磁场的角度变化来检测搅拌 子的运动状态。
[0094]根据本发明一种优选的实施方式，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THB6128。
[0095] 在进一步优选的实施方式中，所述步进电机旋转一周所需要的脉冲数为N = NP ? Na ? Nd，其中具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。
[0096] 根据本发明一种优选的实施方式，如图5所示，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，进而根据磁场 信号分别得到搅拌子的磁场相位以及永磁铁转盘的磁场相位。
[0097] 在进一步优选的实施方式中，为了在放大霍尔传感器的输出信号的同时，抑制放 大电路对信号的影响，采用电容交流耦合放大电路8。
[0098] 其中，为了减少交流耦合对交变信号的影响，信号放大电路输入级的电阻与电容 的时间常数大于搅拌子最慢转速下的旋转周期。
[0099] 根据本发明一种优选的实施方式，如图6所示，所述控制器采用单片机，优选 STM32F103C8T6,用于控制搅拌器3的转动，并接收和储存第一光电管4、霍尔传感器5和第二 光电管6的输出信号。
[0100] 其中，如图6所示，为了驱动步进电机，单片机通过CLK端的脉冲频率控制步进电机 的转速，通过DIR端的高低电平控制旋转方向，并且为了控制同步采集，CLK端的脉冲信号再 接到单片机时钟有关的引脚，其中，A相和B相分别为单片机的两相。
[0101] 根据本发明一种优选的实施方式，所述第二光电管6用于检测搅拌子的转动相位， 然后根据该转动相位与搅拌子的磁场相位之间的误差对搅拌子的磁场相位进行校正，得到 搅拌子的校正相位。
[0102] 其中，由于搅拌设备中往往会存在一些误差，分别来自于永磁铁转盘、第一光电管 或霍尔传感器的安装误差，使获得的角度差不准确，所述角度差反映在搅拌子与永磁铁转 盘的相位差中，其中，永磁铁转盘的相位采用第一光电管4进行了标定，因此，误差的来源为 搅拌子的相位，即通过霍尔传感器采集的磁场信号获得的搅拌子的磁场相位存在误差，因 此，需要对其进行校正。
[0103] 在进一步优选的实施方式中，第二光电管6检测搅拌子的转动相位时采用校正搅 拌子，其中，第二光电管6是一个微型的收发一体的光电管，其发送红外光线，并能接收红外 光线，具体如下：
[0104]启动搅拌器，校正搅拌子旋转，第二光电管6发送红外光线，校正搅拌子的白色一 端会将反射该红外光线，黑色一端吸收红外光线，白色一端反射后的红外光线被第二光电 管6吸收，随着校正搅拌子的旋转，第二光电管6所吸收的反射红外光线发生波动，第二光电 管6输出波动的信号，该信号反映校正搅拌子通过第二光电管6下方的时间点，然后根据已 知的旋转速度即可计算出搅拌子的转动相位，该转动相位为搅拌子的实际相位，因此用其 对搅拌子的磁场相位进行校正。
[0105]其中，将搅拌子的磁场相位与搅拌子的转动相位的误差存储于单片机中，在以后 的使用中会自动进行校正，因此，搅拌子的转动相位与搅拌子的磁场相位之间的误差计算 一次即可。优选为出厂前对搅拌器进行校正或使用前进行校正。
[0106] 根据本发明一种优选的实施方式，所述第二光电管设置于连接棒7的下端，所述连 接棒通过支架固定，例如铁架台，所述连接棒优选为玻璃棒。
[0107] 本发明另一方面提供了一种利用上述系统对搅拌子的运动状态进行检测的方法， 该方法包括以下步骤：
[0108] 步骤1、获得搅拌子的转动相位，记为0^。
[0109] 根据本发明一种优选的实施方式，所述步骤1包括以下子步骤：
[0110]步骤1-1、将校正搅拌子放于容器中，启动搅拌器；
[0111] 步骤1-2、第二光电管6发送红外光线，校正搅拌子在旋转时其白色一端检测到红 外光线，并将红外光线反射回第二光电管6;
[0112] 其中，校正搅拌子在旋转过程中反射回第二光电管6的红外光线具有波动性，该波 动性取决于校正搅拌子的转动相位，因此，可以利用该波动性得到校正搅拌子的转动相位。
[0113] 步骤1 -3、第二光电管6根据步骤1-2的反射光输出波动的信号，获得搅拌子的转动 相位。
[0114]其中，所述波动的信号反映了校正搅拌子在旋转时通过第二光电管6的时间点，根 据该波动性的时间点以及已知的旋转速度可以计算出校正搅拌子的转动相位，该转动相位 实际为校正搅拌子的实际相位。
[0115] 在步骤1中，使用校正搅拌子的目的是为了使波动信号能够实际反映转动相位，在 此需要指出，所得到的转动相位不限于校正搅拌子，其也是普通搅拌子的转动相位，可统称 为搅拌子的转动相位，因为搅拌子的转动相位与搅拌子的颜色无关。
[0116] 根据本发明一种优选的实施方式，步骤1在所述系统第一次使用前或出厂前操作 一次即可，后续使用中任选地进行步骤1。
[0117]步骤2、分别获得永磁铁转盘的磁场相位，记为0〇，以及搅拌子的磁场相位，记为0:。
[0118] 根据本发明一种优选的实施方式，所述步骤2包括以下子步骤：
[0119] 步骤2-1、将校正搅拌子换为普通搅拌子，启动搅拌器；
[0120] 步骤2-2、通过霍尔传感器5检测磁场信号，同时采用步进电机进行磁场信号数据 点的同步采集；
[0121 ]其中，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^ ?1个数据点，所述数据点为磁场的信号数据，记为x[n]，其中n = l、 2、…、N，所述N为数据采集次数，其中，数据采集的起始点是通过系统中第一光电管4产生的 信号确定。
[0122] 步骤2-3、根据步骤2-2采集的磁场信号获得永磁铁转盘的磁场相位和搅拌子的磁 场相位。
[0123] 根据本发明一种优选的实施方式，磁场相位通过式(1)-(3)得到：
[0127] 其中，a为磁场的余弦分量，表示磁场在坐标系水平方向的幅度，b为磁场的正弦分 量，表示磁场在坐标系垂直方向的幅度，9为磁场的相位，x[n]为检测到的数据点，《 s为磁 场旋转角速度，11〇^表示为采集数据对应的磁场旋转角度。其中，式（1)-(3)为磁场相位的 计算通式，所述磁场可以为任意磁场。
[0128] 根据本发明一种优选的实施方式，根据式（1)-(3)计算永磁铁转盘的磁场相位，其 中，永磁铁转盘的磁场为没有搅拌子情况下的永磁铁转盘产生的磁场，即n= 1时检测的起 始数据点，根据式（1)-(3)得到相应参数ao = x[l] ? cos(n?s)、bo = x[l] ? sin(n?s)以及 9〇,其中，所得到的为永磁铁转盘磁场的相位，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。
[0129 ]根据本发明一种优选的实施方式，搅拌子的磁场相位由式(4)_(6)获得：
[0130] ai = a-ao 式（4)
[0131] bi = b_bo 式(5)
[0133] 其中，a2表示叠加磁场的余弦分量，b2表示叠加磁场的正弦分量，ai为搅拌 子磁场的余弦分量，bi为搅拌子磁场的正弦分量，9i为搅拌子的磁场相位。
[0134] 步骤3、根据步骤1获得的搅拌子的转动相位对搅拌子的磁场相位进行校正，得搅 拌子的校正相位，记为0: "。
[0135] 其中，在第一次校正时如步骤3所述，根据搅拌子的转动相位对搅拌子的磁场相位 进行校正，但是，在进行了一次校正后，化与化'之间的误差存于单片机内，因此，在以后的使 用中可以直接根据单片机内的误差对搅拌子的磁场相位进行校正。
[0136] 步骤4、根据步骤2获得的0〇以及步骤3获得的0广，获得永磁铁转盘与搅拌子的相位 差，并根据相位差判断搅拌子的运动状态。
[0137] 根据本发明一种优选的实施方式，所述相位差由式(7)获得：
[0138] A 0 = 0i-0〇 式(7)
[0139] 其中，A 0为相位差，所述相位差反映搅拌子与永磁铁转盘之间的角度差(0m);
[0140] 根据本发明一种优选的实施方式，如图7所示，根据角度差（0m)判断搅拌子的运动 状态：
[0141] 当角度差（0m)为一固定值时，说明搅拌子的转动紧随永磁铁转盘的转动，两者几 乎同步旋转，搅拌子随着永磁铁转盘进行匀速转动，无"失步"现象发生，呈搅拌模式；
[0142] 当角度差（0m)为一变化值(不稳定）时，此时角度差会产生频率，说明搅拌子的转 动与永磁铁转盘的转动不一致，搅拌子的转动跟不上永磁铁转盘的转动或快于永磁铁转盘 的转动，出现摆动或游走现象，发生"失步"，此时，系统会自动降低转速至一半，然后再慢慢 提高永磁铁转盘的转速，使搅拌子跟随永磁铁转盘重新运转；
[0143] 当角度差(0m)为零时，说明搅拌子飞出或未放入搅拌子，此时系统会停止转动，并 进行提示，需要人为地将搅拌子放入，然后启动系统重新旋转。
[0144] 本发明所具有的有益效果包括：
[0145] (1)本发明所提供的系统结构简单，容易实现；
[0146] (2)本发明所提供的系统能够实时检测搅拌子的运动状态；
[0147] (3)本发明所提供的系统能够及时检测出"失步"现象的发生，并及时调整搅拌子 的运动状态使其恢复正常转动；
[0148] (4)本发明提供了一种检测搅拌子运动状态的方法，该方法步骤简单，检测准确。
[0149] 在本发明的描述中，需要说明的是，术语"上"、"下"和"外"等指示的方位或位置关 系为基于本发明工作状态下的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，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 不能理解为对本发明的限制。
[0150]以上结合了优选的实施方式对本发明进行了说明，不过这些实施方式仅是范例性 的，仅起到说明性的作用。在此基础上，可以对本发明进行多种替换和改进，这些均落入本 发明的保护范围内。
【主权项】
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)、搅拌器(3)、第一光电管(4)、霍尔传感器(5)、第二光电管(6)和控制器，其 中， 所述搅拌子(2)包括普通搅拌子和校正搅拌子，所述普通搅拌子为纯白色，所述校正搅 拌子的一端为白色、另一端为黑色； 所述搅拌器(3)包括永磁铁转盘(31)和转盘带动器(32); 所述第一光电管(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，其中，所述搅拌子为普通搅拌子； 所述第二光电管(6)位于搅拌子(2)的上方，用于检测搅拌子(2)的转动相位，其中，所 述搅拌子为校正搅拌子； 所述控制器用于控制搅拌器(3)的转动，并接收和储存第一光电管(4)、霍尔传感器(5) 和第二光电管(6)的输出信号。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;和/或 所述控制器为单片机。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，记为永磁铁转盘 产生的磁场为永磁铁转盘磁场，记为吞搅拌子磁场与永磁铁转盘磁场叠加后的磁场为叠 加磁场，记为 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(8)。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、获得搅拌子的转动相位，记为I' ； 步骤2、分别获得永磁铁转盘的磁场相位，记为0〇，以及搅拌子的磁场相位，记为; 步骤3、根据步骤1获得的搅拌子的转动相位对搅拌子的磁场相位进行校正，得搅拌子 的校正相位，记为 步骤4、根据步骤2获得的0〇以及步骤3获得的0广，获得永磁铁转盘与搅拌子的相位差， 并根据相位差判断搅拌子的运动状态。5. 根据权利要求4所述的方法，其中， 步骤1包括以下子步骤： 步骤1-1、将校正搅拌子放于容器中，启动搅拌器； 步骤1-2、第二光电管(6)发送红外光线，校正搅拌子在旋转时其白色一端检测到红外 光线，并将红外光线反射回第二光电管(6); 步骤1-3、第二光电管(6)根据步骤1-2的反射光输出波动的信号，获得搅拌子的转动相 位； 和/或 步骤2包括以下子步骤： 步骤2-1、将校正搅拌子换为普通搅拌子，启动搅拌器； 步骤2-2、通过霍尔传感器5检测磁场信号，同时采用步进电机进行磁场信号数据点的 同步采集； 步骤2-3、根据步骤2-2采集的磁场信号获得永磁铁转盘的磁场相位和搅拌子的磁场相 位； 和/或 步骤3包括以下子步骤： 步骤3-1、获得搅拌子的磁场相位与搅拌子的转动相位'之间的误差，并将所述误差 传入控制器进行存储； 步骤3-2、通过步骤3-1获得的误差对搅拌子的磁场相位进行校正，得搅拌子的校正相 位 "。6. 根据权利要求4或5所述的方法，其中， 在步骤1-3中，所得校正搅拌子的转动相位与普通搅拌子的转动相位相同，即代表搅拌 子的转动相位，记为01' ；和/或 所述步骤1在所述系统第一次使用前或出厂前操作一次，后续使用中任选地进行步骤 1;和/或 在步骤2-2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 ? 1个数据点，所述数据点为磁场的信号数据，记为x[n]，其中n=l、 2、…、N，所述N为数据采集次数。7. 根据权利要求4至6之一所述的方法，其中，磁场相位通过式(1)-(3)得到：其中，a表示磁场的余弦分量，b表示磁场的正弦分量，0表示磁场相位，x[n]为检测到的 数据点，n co s为采集数据对应的磁场旋转角度。8. 根据权利要求4至7之一所述的方法，其中， 根据式（1)-⑶得到相应参数ao、bQ以及0〇,其中，ao为永磁铁转盘磁场的余弦分量，bo为 永磁铁转盘磁场的正弦分量，x[l]为没有搅拌子情况下的检测到的数据点，为永磁铁转 盘的磁场相位，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 搅拌子的磁场相位由式(4)_(6)获得： 31 - &2-&0 5^1(4) bi = b2_bo 式(5)其中，a2表不的余弦分量，b2表不的正弦分量，ai为搅拌子磁场的余弦分量，bi 为搅拌子磁场的正弦分量，0i为搅拌子的磁场相位。9. 根据权利要求4至8之一所述的方法，其中，在步骤4中，所述相位差由式(7)获得： A 9 = 9i"-9〇 式(7) 其中，A 0为相位差，所得相位差反映搅拌子与永磁铁转盘之间的角度差。10. 根据权利要求4至9之一所述的方法，其中，在步骤4中，根据角度差判断搅拌子的运 动状态： 当角度差为一固定值时，搅拌子随着永磁铁转盘进行匀速转动，处于搅拌模式； 当角度差不稳定时，搅拌子处于摆动或游走的状态，为摆动模式或游走模式； 当角度差为零时，搅拌子飞出搅拌体系，为飞出模式。
【文档编号】G01R33/07GK106054090SQ201610352935
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年5月25日
【发明人】夏吉安, 卓晴, 王福洋
【申请人】北京先驱威锋技术开发公司