一种核磁共振转子轴跳动测量仪的制作方法

1.本实用新型属于核磁共振波谱仪领域，更具体地，涉及一种核磁共振转子轴跳动测量仪。


背景技术：

2.核磁共振波谱仪测试的样品通过装载入转子后，再由转子将样品送入或取出核磁共振波谱仪，为了消除核磁共振波谱仪磁场的非均匀性，通常需要将以一定的速率样品旋转起来，旋转样品的方法通常采用压缩空气通过空气轴承吹动转子以带动样品一起旋转。理想情况下，旋转的样品应当围绕其中心轴稳定地旋转，但实际上由于样品管不同轴、转子表面不均匀或各部分质量不平衡、空气轴承输出气流不一致等各种因素的综合影响，样品围绕其中心轴摆动的旋转，样品旋转时实际上扩大了样品所占据的空间区域，这导致样品与核磁共振波谱仪的检测电路产生摩擦，并且经过更大不均匀磁场区域而降低了样品测试的质量。因此，核磁样品的轴跳动幅度必须得到严格的控制，对样品管、转子、空气轴承等旋转有关的部件均需要进行旋转轴跳动测试。常用的跳动测量方式是采用接触式测量，将待测物固定在v形块上或者采用卡盘夹持加尾部顶尖顶紧，并将探针围绕待测件旋转，或旋转待测件，以获取圆周方向的跳动数据。现有技术的不足之处在于：1)现有测量方式需要夹持待测物，核磁共振用的玻璃样品管在夹持时非常容易损坏，不能用于样品管的跳动测量；2)核磁共振使用的样品旋转时，使用接触式测量方法将干扰转子的旋转，无法准确地获得测量结果；3)核磁共振使用的样品旋转时，其轴跳动随气流、摩擦等外部环境变化而变化，需要实时监测，常用的接触式测量难以实现实时测量的要求。


技术实现要素：

3.针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本实用新型提供了一种核磁共振转子轴跳动测量仪，其采用非接触式测量样品管的跳动量，不需要用夹爪夹持样品管，不会损坏玻璃材质的样品管，检测速度快，可以实时、动态地监测样品旋转过程中的轴跳动数据。
4.为实现上述目的，按照本实用新型的一个方面，提供了一种核磁共振转子轴跳动测量仪，其特征在于，包括机架以及共同设置在所述机架上的供气系统、旋转组件和传感器组件，其中：
5.所述供气系统包括压缩气源以及分别与所述压缩气源连接的润滑气管路和旋转气管路；
6.所述旋转组件包括转子、空气轴承和转速检测传感器，所述转子为阶梯轴且竖直设置，所述转子包括上部大头和下部小头，所述转子穿装在所述空气轴承上并且与空气轴承间隙配合，所述空气轴承的内壁具有用于在空气轴承未通气时放置上部大头的台阶，所述转子具有轴向通孔，所述转子的内壁设置有样品管卡接件，以便固定样品管，所述空气轴承上设置有润滑气通道和旋转气通道，所述润滑气通道和旋转气通道分别连通所述润滑气管路和旋转气管路，所述台阶上分布有与润滑气通道连通且向上出气的多个第一出气孔，
以出气到上部大头的底端来使转子悬浮起来，所述空气轴承的内壁上分布有与润滑气通道连通的多个第二出气孔，以在转子与空气轴承之间形成一层气膜，所述空气轴承的内壁上分布有与旋转气通道连通的多个第三出气孔，以出气到转子上来让转子转动，所述转速检测传感器安装在所述空气轴承上，以用于检测转子的转速；
7.所述传感器组件包括用于照射样品管的外壁以检测样品管旋转时的跳动量的激光测距传感器，其中，样品管内装有非透明液体。
8.优选地，还包括第一压力调节阀和第二压力调节阀，所述压缩气源通过所述第一压力调节阀连接所述润滑气管路，所述压缩气源通过所述第二压力调节阀连接所述旋转气管路。
9.优选地，所述第一压力调节阀和第二压力调节阀均为数控比例阀。
10.优选地，所述空气轴承的侧壁上设置有贯穿孔，所述转速检测传感器在对应于所述贯穿孔的位置密封安装在所述空气轴承上，所述转速检测传感器为反射式光电传感器并且发射的光穿过所述贯穿孔后照射到转子上；
11.所述转子的外壁上等间距分布有与转速检测传感器配合的反光面和吸光面。
12.优选地，所述传感器组件还包括传感器座和用于调整所述传感器座的位置的移动平台，所述传感器座上安装所述激光测距传感器。
13.优选地，所述润滑气管路和旋转气管路上分别设置有第一气压表和第二气压表。
14.优选地，所述机架上设置有在轴跳动数据测试合格和不合格时分别发出不同的声响的蜂鸣器。
15.优选地，所述样品管卡接件为o形密封圈或膨胀卡扣。
16.优选地，所述机架上设置有用于向外部设备传输测试数据的通讯接口。
17.优选地，所述机架上设置有用于显示测量的轴跳动数据的显示器。
18.总体而言，通过本实用新型所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
19.1)本实用新型的激光测距传感器对样品管采用非接触式测量，不需要夹持样品管，只需要样品管穿过转子时在样品管卡接件上被卡接，不会损坏玻璃材质的样品管。
20.2)本实用新型测量过程中样品在其旋转系统中按正常工作的状态旋转，激光测量对样品的旋转没有任何影响。
21.3)本实用新型使用激光测距传感器检测速度快，可以实时、动态地监测样品旋转过程中的轴跳动数据。
附图说明
22.图1、图2是本实用新型在不同视角下的示意图；
23.图3是本实用新型中旋转组件安装在支架上的示意图；
24.图4是本实用新型中旋转组件的空气轴承剖去一半后的示意图；
25.图5是本实用新型的激光测距传感器检测样品管跳动量时的示意图。
具体实施方式
26.为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施
例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。此外，下面所描述的本实用新型各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
27.参照图1～图5，一种核磁共振转子轴跳动测量仪，包括机架3以及共同设置在所述机架3上的供气系统、旋转组件6和传感器组件7，其中：
28.所述供气系统包括压缩气源以及分别与所述压缩气源连接的润滑气管路和旋转气管路。
29.所述旋转组件6包括转子1、空气轴承20和转速检测传感器21，所述转子1为阶梯轴且竖直设置，所述转子1包括上部大头101和下部小头102，上部大头101的外径大于下部小头102的外径，所述转子1穿装在所述空气轴承20上并且与空气轴承20间隙配合，所述空气轴承20的内壁具有用于在空气轴承20未通气时放置上部大头101的台阶201，未通气时上部大头101与台阶201接触，通气后两者分离，所述转子1具有轴向通孔，所述转子1的内壁设置有样品管2卡接件，以便固定样品管2，所述样品管2卡接件为o形密封圈或膨胀卡扣，转子1的材料为玻璃纤维或陶瓷，膨胀卡扣可采用尼龙材料，所述空气轴承20通过固定环22和支架23安装在机架3上，所述空气轴承20上设置有润滑气通道和旋转气通道，所述润滑气通道和旋转气通道分别连通所述润滑气管路和旋转气管路，所述台阶201上分布有与润滑气通道连通且向上出气的多个第一出气孔，以出气到上部大头101的底端来使转子1悬浮起来，所述空气轴承20的内壁上分布有与润滑气通道连通的多个第二出气孔，以在转子1与空气轴承20之间形成一层气膜，第二出气孔的出气要保证转子1与空气轴承20能够同轴，所述空气轴承20的内壁上分布有与旋转气通道连通的多个第三出气孔，以出气到转子1上来让转子1转动，可沿转子1的切向出气使转子1不断转动。所述转速检测传感器21安装在所述空气轴承20上，以用于检测转子1的转速。因此，润滑气管路出来的气主要是在转子1和空气轴承20之间形成一层起润滑作用的气膜，而旋转气管路出来的气主要是用来让转子1转动，然后出气孔出来的气可以从转子1的轴向通孔逸出，气体不断地由压缩气源提供，则可维持转子1的支撑和转动。
30.所述润滑气管路包括润滑气输出接头18、润滑气输入接头25和连接润滑气输出接头18与润滑气输入接头25的气管，所述旋转气管路包括旋转气输出接头19、旋转气输入接头26和连接旋转气输出接头19与旋转气输入接头26的气管，润滑气输出接头18和旋转气输出接头19分别安装在机架3上，润滑气输入接头25和旋转气输入接头26分别安装在空气轴承20上。所述润滑气管路和旋转气管路上分别设置有第一气压表10和第二气压表11。
31.所述样品管2同轴地插入转子1，并在转子1中被固定，插入有样品管2的转子1被放入空气轴承20，通过空气轴承20上的台阶201支承，并在圆周方向与空气轴承20保持间隙配合。所述空气轴承20通过螺钉与固定环22固定，所述固定环22与支架23通过螺钉装配为一体，并由支架23的底部与机架3上的控制器8的底板通过螺钉固定。
32.润滑气先经润滑气输入接头25输入空气轴承20，将转子1的上部大头101升起和轻微悬浮起来，然后旋转气经旋转气输入接头26输入空气轴承20，沿转子1的切向流出到转子1上，带动转子1旋转，转子1进而带动样品管2旋转，转子1与样品管2旋转速度相同。
33.所述传感器组件7包括用于照射样品管2的外侧壁以检测样品管2旋转时的跳动量的激光测距传感器28。所述传感器组件7还包括传感器座29和用于调整所述传感器座29的
位置的移动平台，所述传感器座29上安装所述激光测距传感器28,激光测距传感器28的测量精度优选为0.001mm。激光测距传感器28测量样品管2的距离，样品管2内部填充非透明液体，优选采用深色液体，防止激光测距传感器28发出的激光穿过透明的样品管2，在样品管2两侧的表面同时形成反射，以实现真实的测量靠近激光测距传感器28一侧的样品管2表面的距离。
34.进一步，机架3上设置有压缩气源输入口39，压缩气源连接压缩气源输入口39，本实用新型还包括第一压力调节阀16和第二压力调节阀17，所述压缩气源通过压缩气源输入口39和所述第一压力调节阀16连接所述润滑气管路，所述压缩气源通过压缩气源输入口39和所述第二压力调节阀17连接所述旋转气管路。
35.进一步，所述空气轴承20的侧壁上设置有贯穿孔，所述转速检测传感器21在对应于所述贯穿孔的位置密封安装在所述空气轴承20上，所述转速检测传感器21为反射式光电传感器并且发射的光穿过所述贯穿孔后照射到转子1上；所述转子1的外壁上等间距分布有与转速检测传感器21配合的反光面和和吸光面。转速检测传感器21照射转子1的反光面和和吸光面时，分别输出不同电平幅度的信号，转子1旋转时，转速检测传感器21输出与转子1旋转同步的高低电平变化电信号，该信号连接至控制器8，控制器8处理该信号并计算转子1的旋转速度。优选在所述空气轴承20的侧面开有凹槽，凹槽内开所述贯穿孔，凹槽内通过螺钉安装转速检测传感器21。
36.本实用新型的控制组件5包括控制器8、通讯接口9、显示屏12、电源开关13、蜂鸣器14、旋转启动按钮15和电源模块40。电源开关13与电源模块40相连，用于接通或断开测量仪的电源。控制器8分别与电源模块40、通讯接口9、显示屏12、蜂鸣器14、测试启动按钮、第一压力调节阀16、第二压力调节阀17电连接。所述电源模块40为控制器8、激光测距传感器28等提供电源。所述通讯接口9用于向外部设备传输测试数据，所述显示屏12用于控制器8显示测量的轴跳动数据。所述蜂鸣器14用于控制器8指示测量的结果是否合格，当轴跳动数据测试合格时，短响一声，当轴跳动数据不合格时，长响一声，则蜂鸣器14可发出不同的声响。所述测试启动按钮向控制器8输入开关信号，当测试启动按钮按下时，控制器8开始控制润滑气、旋转气气流，并开始测量样品管2的轴跳动数据，测量设定的时间后停止测量并显示测量结果。所述第一压力调节阀16、第二压力调节阀17的输入端分别与所述压缩气源输入口39通过气管相连，所述第一压力调节阀16的输出口与第一气压表10相连，并与润滑气输出接头18相连。所述第二压力调节阀17的输出口与第二气压表11相连，并与旋转气输出接头19相连。所述压缩气源输入口39与压缩气源通过管道相连，为测试仪提供润滑、旋转的气源。所述第一气压表10用于显示第一压力调节阀16输出的润滑气的气压大小，所述第二气压表11用于显示第二压力调节阀17输出的旋转气的气压大小。所述第一压力调节阀16和第二压力调节阀17均为数控比例阀，通过电压幅度调整开关的开启幅度，实现输出气流大小的调节。具体地，控制器8输出两路电压，分别控制第一压力调节阀16、第二压力调节阀17的开启幅度，从而改变润滑气和旋转气的气流大小。
37.进一步，控制器8、转速检测传感器21、第一压力调节阀16、第二压力调节阀17形成转子1旋转控制闭环系统。控制器8由人工输入转子1旋转目标速度。控制器8控制第一压力调节阀16和第二压力调节阀17输出气流，驱动转子1旋转，其旋转速度被转速检测传感器21检测，并被控制器8计算为转子1的实际旋转速度，控制器8根据转子1的实际旋转速度、旋转
目标速度的差，调整第一压力调节阀16和第二压力调节阀17输出气流的大小，使转子1的实际旋转速度与旋转目标速度相等。
38.机架3上设置有x调节旋钮30和y调节旋钮31组成。移动平台优选为手动控制移动的xy轴二维移动平台，样品管2的轴向为z轴方向，x调节旋钮30和y调节旋钮31分别控制xy轴二维移动平台的x向和y向位移，通过调节x调节旋钮30、y调节旋钮31可以精确调节传感器座29的平面坐标位置，进而改变激光测距传感器28的平面坐标位置。所述激光测距传感器28与控制器8电连接。激光测距传感器28输出激光27，激光27遇到反射物表面后反射，并被激光测距传感器28计算为反射物的距离。该距离值输出到控制器8。
39.具体地，在本实用新型中，反射物为放置在激光27正前方的样品管2的底部区域。一般地，样品管2为透明玻璃管，为防止激光透过玻璃材质的样品管2在两侧均形成反射，在其内部加注非透明液体，优选黑色的均质液体，譬如墨水，在样品管2底部形成非透明液体区域32。激光测距传感器28发出的激光27照射到样品管2的非透明液体区域32，并检测到样品管2的距离，当样品管2旋转时，该距离值的变化反映了样品管2的轴跳动。由于样品管2与转子1固定在一起、转子1的旋转由空气轴承20输出的润滑气和旋转气驱动，转子1的轴跳动、空气轴承20输出的气流跳动也反映为样品管2的轴跳动。
40.本实用新型对转子1的跳动测量的过程为：
41.1)手动调整样品管2插入转子1的深度，使非透明液体区域32的底部低于激光测距传感器28的激光27的高度。
42.2)手动调整x调节旋钮30、y调节旋钮31，使激光27通过样品管2的中心轴线。
43.3)设定样品的转速值，并开启旋转启动按钮15，控制器8开启第一压力调节阀16和第二压力调节阀17，使样品管2稳定旋转，样品管2旋转的速度优选为20hz。
44.4)控制器8在设定的时间段内连续地读取激光测距传感器28读取的距离值。
45.5)时间截止时，控制器8关闭第一压力调节阀16和第二压力调节阀17，使样品管2停止旋转。
46.6)控制器8计算距离值的跳动范围(距离最大值-距离最小值)，若超过了跳动的设定阈值，则通过蜂鸣器14长响表示测试不合格，若未超过跳动的设定阈值，则通过蜂鸣器14短响表示测试通过。
47.本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。