高速離心機(jī)動平衡系統(tǒng)上位機(jī)軟件的實現(xiàn)揭秘

發(fā)布時間：

2020-04-30

概要：

高速離心機(jī)憑借其適應(yīng)性強(qiáng)以及速度的快，活躍在各種實驗室中，隨著市場需求，離心機(jī)廠家還在高速離心機(jī)基礎(chǔ)上衍生了，集真空、高速和冷卻于一體，可以用于大量的細(xì)胞、亞細(xì)胞器、細(xì)菌及病毒的快速分離的高速離心機(jī)

　　高速離心機(jī)憑借其適應(yīng)性強(qiáng)以及速度的快，活躍在各種實驗室中，隨著市場需求，離心機(jī)廠家還在高速離心機(jī)基礎(chǔ)上衍生了，集真空、高速和冷卻于一體，可以用于大量的細(xì)胞、亞細(xì)胞器、細(xì)菌及病毒的快速分離的高速離心機(jī)，從而完成各種核酸、蛋白、細(xì)胞和納米材的分離工作，可滿足動物科學(xué)、食品科學(xué)生命科學(xué)等相關(guān)專業(yè)實驗人員的實驗需求。

　　高速離心機(jī)用影響系數(shù)法進(jìn)行動平衡的優(yōu)勢在于把動平衡問題最終轉(zhuǎn)化為線性方程組的求解，方法十分簡單，而且非常便于計算機(jī)數(shù)值計算。由于采用空氣軸承的離心機(jī)軸系的剛度是很高的，是準(zhǔn)剛性的，通過對軸系振動響應(yīng)的測試，高速離心機(jī)上下測試面上測微儀測得的振動響應(yīng)與上下校正面的不平衡量是線性關(guān)系，它們之間的關(guān)系系數(shù)即是所謂的影響系數(shù)。影響系數(shù)法就是通過給動平衡系統(tǒng)附加一個確定的激勵，即附加不平衡量，測量出其振動響應(yīng)，根據(jù)它們之間的關(guān)系，辨識出動平衡系統(tǒng)的影響系數(shù)，并根據(jù)影響系數(shù)，計算出原始不平衡量。

　　高速離心機(jī)離心技術(shù)是根據(jù)微小顆粒在離心力場中的行為建立并發(fā)展起來的。離心機(jī)轉(zhuǎn)子能夠以穩(wěn)定的角速度作圓周運(yùn)動，從而產(chǎn)生一個強(qiáng)大的輻射向外的離心力場，它賦予處于其中的任何物體一個離心加速度。使之受到一個向外的離心力。離心機(jī)所產(chǎn)生的離心力場 G，可由下公式計算

　　G=ω2r ω—轉(zhuǎn)子的角速度 r—旋轉(zhuǎn)半徑（物質(zhì)質(zhì)點(diǎn)所處位置與旋轉(zhuǎn)中心的距離）

　　高速離心機(jī)離心力場常用相對離心力RCF（Relative Centrifugal Force,RCF）來表示。相對離心力的大小用相當(dāng)于地心引力（重力加速度，g）的倍數(shù)來表示，即：

　　RCF=ω2r/g×g=(2πn)2r/602g×g=1.119×10-5×n2r×g N—轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，rpm/min g—重力加速度，980.6cm/s2 、沉降速度沉降速度是指在強(qiáng)大的離心力作用下，單位時間內(nèi)物質(zhì)顆粒沿半徑方向運(yùn)動的距離。

　　被分離物質(zhì)顆粒（或大分子）在離心管中與轉(zhuǎn)子一同旋轉(zhuǎn)時承受著沿半徑方向的直接離心力Fc作用。 Fc=Mω2r， M—被分離物質(zhì)顆粒的質(zhì)量。

　　高速離心機(jī)其沉降速度v為；v=6.092×10-4×D2（ρ-ρm）n2r/ηm D—顆粒直徑，cm；ρ和ρm分別為顆粒和介質(zhì)的密度，g/cm3；ηm—介質(zhì)粘度，單位帕?秒Pa?s

　　動平衡系統(tǒng)上位機(jī)軟件主要利用影響系數(shù)法或綜合解算法進(jìn)行不平衡量解算，最終解算出轉(zhuǎn)子不平衡量的大小和方向。軟件主要實現(xiàn)的功能包括：

　　高速離心機(jī)動平衡系統(tǒng)上位機(jī)軟件的實現(xiàn)：

　　1.同主軸計算機(jī)進(jìn)行通訊，等待主軸運(yùn)行到勻速狀態(tài)，接收測微儀和角度數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行文件的記錄。

　　2.對從測微儀采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行快速傅立葉變換，分離出和不平衡量密切相關(guān)的一次諧波，并進(jìn)行數(shù)據(jù)的顯示和日志文件的記錄。

　　3.初始不圓度補(bǔ)償、頻率特性補(bǔ)償、初始相位補(bǔ)償。分別用影響系數(shù)法和綜合解算法進(jìn)行不平衡量的解算，得到不平衡量的大小和方向并進(jìn)行顯示。

　　4.同卸荷系統(tǒng)進(jìn)行通訊，對力傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換、LED 顯示、日志文件的記錄。

　　高速離心機(jī)動平衡系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析處理、不平衡量的解算、執(zhí)行部分等組成。為了保證系統(tǒng)平衡的精度，選用高性能的電容測微儀作為振動量的測試傳感器，通過對震動信號的數(shù)據(jù)處理，分離出由產(chǎn)生不平衡振動的一次諧波分量；利用影響系數(shù)法原理對不平衡量進(jìn)行解算，最后由PLC 控制步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動離心機(jī)調(diào)整面的平衡滑塊，完成對高速離心機(jī)的動平衡。

關(guān)鍵詞：