确定层叠轨道振荡器中哪个失衡的层叠轨道振荡装置的自动速度控制方法与流程

本发明涉及一种轨道振荡装置的自动速度控制方法，其用于确定至少两个层叠轨道振荡装置中在失衡状态下运行的一个。

本发明还涉及一种包括用于确定轨道振荡装置的振动水平的加速计的轨道振荡装置，该轨道振荡装置进一步包括用于自动速度控制的速度控制单元，以确定至少两个层叠轨道振荡装置中在失衡状态下运行的一个。

进一步地，本发明涉及一种多层轨道振荡组件，该多层轨道振荡组件包括至少两个层叠构造的轨道振荡装置，其中，每个轨道振荡装置包括单独的加速计和单独的用于执行自动速度控制方法的速度控制单元，用以确定运行在失衡状态下的轨道振荡装置。

背景技术：

轨道振荡装置是一种混合或搅拌装置，尤其是应用在科学应用中作为混合或搅拌容器，例如用来在平台上盛放各种液体的烧杯和烧瓶。具体地，轨道振荡装置以这样的方式平移平台：平台上表面上的在x-y平面上的所有的点在具有相同半径的圆形路径上移动。通常，烧杯、烧瓶和其他器皿被附加到平台上表面，这样，其中容纳的液体围绕器皿的内壁旋转，从而提高混合效果并促进液体与当前气体环境之间的相互作用或交换。

在操作时，由总的轨道旋转质量产生的力通常会引起轨道振荡装置的基座的不希望的运动，这将会增加额外的运动部分到液体和器皿中，引起不希望的湍流或飞溅。

为了减少这种不希望的运动，必须增加轨道振荡装置中不旋转的支撑结构的质量，以抵抗旋转质量产生的力。这就造成了不希望的效果：仅仅为了实现稳定效果而增加轨道振荡装置的整机重量。或者，已经利用平衡物来抵消或者补偿由轨道旋转质量产生的力。

例如，ep2714253b1公开了一种轨道振荡装置，其具有一种装置，用于降低由平衡物与平台上的烧瓶或其它器皿的载荷之间的静态不平衡引起的不稳定性。此外，ep2714253b1涉及一种用于改变轨道振荡装置的轨道直径的装置。在多层轨道振荡组件中，各轨道振荡装置的结构是机械连接的。因此，一个轨道振荡装置的失衡状态会激发多层轨道振荡组件中的其他轨道振荡装置的振动。这种情况将导致层叠结构中处于平衡状态下的轨道振荡装置的振动阈值出现结构性紊乱。

技术实现要素：

目的、技术方案、优点：

本发明提出了一种轨道振荡装置的自动速度控制方法，以用于确定至少两个层叠轨道振荡装置中运行在失衡状态下的一个，而无需与轨道振荡装置中的一个进行任何手动交互。

因此，本发明提出了一种轨道振荡装置的自动速度控制方法，用于确定至少两个层叠轨道振荡装置中运行在失衡状态下的一个，所述方法包括以下步骤：

a)启动第一轨道振荡装置；

b)加速所述第一轨道振荡装置；

c)确定所述第一轨道振荡装置的振动水平；以及

d)如果步骤c)中确定的所述振动水平超过预定义的第一阈值，则自动降低所述第一轨道振荡装置的速度。

根据本发明，另外针对至少一个第二轨道振荡装置独立于所述第一轨道振荡装置执行步骤a)到d)。

本发明进一步提出了一种轨道振荡装置，包括用于确定轨道振荡装置的振动水平的加速计，该轨道振荡装置进一步包括速度控制单元，该速度控制单元用于根据用于确定至少两个层叠轨道振荡装置中的一个的方法来自动控制速度。

本发明进一步提出了一种多层轨道振荡组件，该多层轨道振荡组件包括至少两个设置为层叠构造的轨道振荡装置，其中，每个轨道振荡装置包括单独的加速计和单独的用于执行自动速度控制方法的速度控制单元，用于确定多层轨道振荡组件中运行在失衡状态下的一个轨道振荡装置。

附图说明

在下文中，基于本发明的优选实施例来描述本发明。

图1：示出了轨道振荡装置；

图2：示出了具有三层轨道振荡装置的多层轨道振荡组件；

图3：示出了用于确定至少两个层叠轨道振荡装置之一的自动速度控制方法的基本方法步骤的流程图；

图4：示出了用于确定至少两个层叠轨道振荡装置之一的优选的自动速度控制方法的流程图。

该自动速度控制方法的所有的方法步骤都可以并行运行在层叠设置为层叠关系的不同的轨道振荡装置上、尤其是相互独立地运行在每个轨道振荡装置上。例如，步骤b)中，轨道振荡装置之间不一定以相同的速度加速。另外，步骤d)中，每个轨道振荡装置的速度不一定以相同的速度下降。

在多层轨道振荡装置组件中，多个轨道振荡装置被设置为以层叠的方式构造布置。因此，相互层叠的轨道振荡装置彼此之间机械地连接。一个轨道振荡装置的振动会激发并影响其余轨道振荡装置的振动。一个轨道振荡装置的失衡状态会激发其他轨道振荡装置的振动。因此，很难确定运行在失衡状态下的源轨道振荡装置。通常，用户必须手动地逐个关闭轨道振荡装置来确定引起失衡状态的源轨道振荡装置。或者，用户可以手动逐个降低各个轨道振荡装置的目标速度来尝试识别引起失衡状态的源轨道振荡装置。

然而，本发明提出了一种速度控制方法，该速度控制方法可以运行在多层轨道振荡组件中的各轨道振荡装置中，用以确定引起失衡状态的源轨道振荡装置而无需用户的任何交互。用户无需关闭轨道振荡装置。此外，用户无需手动修改或降低任何轨道振荡装置的目标速度来确定引起失衡状态的源轨道振荡装置。因此，本发明无需用户干预即可实现层叠轨道振荡组件的平稳运行。

这是通过步骤b)中自动提高轨道振荡装置的速度来实现的，该过程独立于层叠构造中另一个轨道振荡装置的加速过程。在下一个步骤中，轨道振荡装置的振动水平彼此相互独立地确定。每个轨道振荡装置的振动水平是利用加速计独立地确定的。因此，每个轨道振荡装置可以包含单独的加速计。检测振动水平的方法本身可以基于常见的公知技术。更具体地，加速度数据可以采用时域采样。接着，该时间采样数据可以映射到角度域。例如，该时间采样数据可以映射到以驱动轮角度采样的加速度数据。接着，通过应用傅立叶变换，该角度采样数据可以映射到频域。最后，在该频域中，可以选取具有360°周期的部分，并且对部分进行平均以生成振动水平。

在步骤d)中，如果步骤c)中确定的振动水平超过预定义的第一阈值，则第一轨道振荡装置的速度自动降低。同样的情形也并行发生在叠层构造中的任何其它轨道振荡装置上，并且与第一轨道振荡装置相独立发生。特别地，每个轨道振荡装置的速度可以降低不同的值。因此，叠层构造中的轨道振荡装置的速度可以不同地降低，而不以相同的速度同步降低。这将营造出一种场景，在该场景下，可以确定引起失衡状态的源轨道振荡装置。

可以另外在第三轨道振荡装置上独立于所述第一轨道振荡装置和/或第二轨道振荡装置执行自动速度控制的方法的步骤a)到d)。可以在设置为层叠关系的每个轨道振荡装置上独立地执行所有方法步骤。特别地，不同的轨道振荡装置之间不存在电气和/或逻辑通信。该方法在每个轨道振荡装置上独立地运行。

在步骤b)中，第一轨道振荡装置和/或第二轨道振荡装置和/或第三轨道振荡装置以预定范围内选择的随机速率加速。所有的振荡装置都可以相互独立地以随机速率加速。这意味着，所有轨道振荡装置都可以以不同的速率加速而不同步加速。可以使用随机值生成器来确定该随机速率。每次轨道振荡装置加速需要随机速率时，所述随机值生成器确定出所述随机速率。由于该方法步骤是独立地运行在每个轨道震荡装置中，因此用于使相应轨道振荡装置加速的随机速率将由每个轨道振荡装置的方法单独确定，从而导致了不同的用于加速的随机速率。该预定范围可以在10到100转/分(rpm)之间。优选地，该预定范围可以在20到80转/分之间。更优选地，该预定范围可以在25到75转/分之间。

在步骤b)中，该速度可以以所述预定范围内选择的随机值减小。为生成用于减速的所述随机值，可以使用与步骤b)中用于加速的随机值生成器相同同样的随机值生成器进行加速。设置为层叠构造设置的所有的振荡装置的速度都相互独立地以随机速率值减速，从而导致了不同的随机加速值。步骤d)中用于减速的随机值的预定范围可以与步骤b)中用于轨道振荡装置加速的预定范围相同。

自动速度控制方法还可以包括以下步骤：

e)在步骤d)中自动降低速度后，确定第一轨道振荡装置的振动水平；

f)如果步骤e)中确定的振动水平不超过预定义的第二阈值，自动加速第一轨道振荡装置。

如果在步骤b)中的加速过程中，振动超过第一阈值限制，则速度将在步骤d)中自动降低。如果在步骤e)中再次测量的振动水平仍然低于第二阈值水平，则可以在步骤f)中再次加速相应的轨道振荡装置。步骤e)和f)可以在第二和第三轨道振荡装置上并行并且彼此独立地执行。

相应的轨道振荡装置可以在步骤f)的中以预定范围内选择一个的减小的随机速率加速。因此，相同的预定范围可用于步骤b)中的加速和步骤d)中的减速。此外，在步骤f)中用于加速所述轨道振荡装置的减小的随机速率小于步骤b)中用于加速的随机速率，并且小于步骤d)中用于降低步骤d)中速度的随机值。

进一步地，步骤f)中，用于加速相应轨道振荡装置的减小的随机速率始终小于步骤b)中用于加速的随机速率，并且始终小于在步骤d)中用于降低速度的随机值。为了确保步骤f)中使用的减小的随机速率始终小于步骤b)中使用的减小的随机速率和步骤d)中使用的降低的随机值，可以在所有步骤b)、d)和f)中使用相同的预定范围，其中，减小的随机速率通过将从随机值生成器获得的结果乘以预定义的系数确定。该系数可如此选择，以确保所得的减小的随机速率结果始终小于步骤b)中使用的随机速率和步骤d)中使用的随机值。例如，预定义的系数可以小于0.3。优选地，预定义的系数小于0.25。更优选地，预定义的系数约为0.2。

第一阈值可以大于第二阈值。例如，第一阈值可以在0.04到0.05grms之间。更优选地，第一阈值约为0.045grms。第二阈值可以在0.03到0.04grms之间。更优选地，第二阈值可为约0.035grms。

该方法还可包括以下步骤：

g)确定第一轨道振荡装置和/或第二轨道振荡装置和/或第三轨道振荡装置是否正在以用户设定的目标速度运行。下面，目标速度也被称为设定值。如果相应的轨道振荡装置已达到用户设定的目标速度，则可重复步骤c)。这意味着，一旦相应的轨道振荡装置以用户设定的目标速度运行，除非振动水平超过第一阈值，否则速度不会自动改变。

如果第一轨道振荡装置和/或第二轨道振荡装置和/或第三轨道振荡装置正在以低于目标速度的速度运行，则可以重复步骤e)和f)。

在步骤f)中，如果步骤e)中确定的振动水平超过预定义的第二阈值，则自动速度控制方法进入减速状态，其中在该振动水平不超过第二阈值时，第一轨道振荡装置和/或第二轨道振荡装置和/或第三轨道振荡装置保持各自的降低后的速度运行。该降低后的速度被认为是安全速度或最大可能速度而不超过第二阈值。

如果在步骤d)或步骤f)中速度降低了，但振动水平仍然超过第二阈值，则相应的轨道振荡装置确定为运行于失衡状态下的源轨道振荡装置。相应的轨道振荡装置或运行在相应轨道振荡装置上的方法将保持减速状态，直到用户停止轨道振荡装置或将目标速度降低到第二阈值限定的速度限制以下。

在减速状态下，振动水平可持续确定并与第二阈值进行比较，其中，如果振动水平低于或降至低于第二阈值，则第一轨道振荡装置和/或第二轨道振荡装置和/或第三轨道振荡装置的速度自动增加。这确保了减速速度保持在相应的运行于失衡状态下的轨道振荡装置的最大可能速度。如果振动水平低于或降至低于第二阈值，则各轨道振荡装置的速度可按预定范围内选择的随机速率自动提高。

此外，在减速状态下，可持续确定振动水平并将振动水平与第一阈值进行比较，其中，如果振动水平超过第一阈值，则相应轨道振荡装置的速度会自动降低。这确保了振动水平不会再次超过第一阈值，以避免相应的轨道振荡装置再次在失衡状态下运行。如果振动水平超过第一阈值，则相应轨道振荡装置的速度可按照减小的随机速率自动降低。

具体实施方式

图1示出了一个轨道振荡装置的简化结构，其具有位于轨道振荡装置10、11、12的旋转平台15上的器皿20。轨道振荡装置10、11、12包括加速计13，例如加速度传感器，以确定相应轨道振荡装置10、11、12的振动水平。加速计13对三个主要方向x、y、z的静态和动态不平衡敏感。此外，轨道振荡装置10、11、12包括速度控制单元14，用于根据预定义的自动速度控制方法进行自动速度控制。加速计13与速度控制单元14进行电气和/或逻辑通信。

图2示出了多层轨道振荡组件100的主要构造，其包括三个层叠设置的轨道振荡装置10、11、12。每个轨道振荡装置10、11、12包括单独的加速计13和单独的速度控制单元14。这使得在每个轨道振荡装置10、11、12上，可以独立且并行地执行自动速度控制方法，以确定在失衡状态下运行的源轨道振荡装置10、11、12。

图3示出了在轨道振荡装置10、11、12上运行的自动速度控制的基本方法步骤的简化流程图。该基本方法包括以下步骤：

步骤a)：启动轨道振荡装置10、11、12；

步骤b)：加速轨道振荡装置10、11、12；

步骤c)：确定相应轨道振荡装置10、11、12的振动水平；以及

步骤d)：如果步骤c)中确定的振动水平超过预定义的第一阈值，则自动降低相应轨道振荡装置10、11、12的速度。

包括这些方法步骤a)到d)的上述方法，独立地在轨道振荡装置10、11、12的每一个上执行。

图4示出了具有优选的自动速度控制方法的步骤的流程图。如图3所示，图4所示的方法可以独立地在轨道振荡装置10、11、12的每一个上执行。图4的流程图中所示的优选方法包括以下步骤：

步骤a)：启动轨道振荡装置10、11、12；

步骤b)：以预定范围内选择的随机速率加速相应的轨道振荡装置10、11、12；

步骤c)：确定相应的轨道振荡装置10、11、12的振动水平，并将所确定的振动水平与第一阈值进行比较；

步骤d)：如果步骤c)中确定的振动水平超过预定义的第一阈值，则自动降低相应轨道振荡装置10、11、12的速度。该速度以预定范围内选择的随机值自动降低；

步骤e)：确定相应的轨道振荡装置10、11、12的振动水平，并将所确定的振动水平与第二阈值进行比较；

步骤f)：以预定范围内选择的减小的随机速率自动加速相应的轨道振荡装置10、11、12；以及

步骤g)：确定相应轨道振荡装置10、11、12的速度，并将所确定的速度与目标速度进行比较，或换句话说，与用户设置的设定值进行比较。

如果相应轨道振荡装置10、11、12的速度已达到目标速度，则确定振动水平的步骤e)正在重复。

如果在步骤d)中降速之后和/或在步骤f)中加速之后，所确定的相应轨道振荡装置10、11、12的振动水平仍然高于第二阈值，则该方法进入减速状态rs-state。在减速状态rs-state下，相应的轨道振荡装置10、11、12被识别为最初即在不平衡状态下工作的源轨道振荡装置。在减速状态rs-state下，相应的轨道振荡装置10、11、12将继续以不超过由第二阈值所设定的振动水平的最大可能速度运行。该方法将在该减速状态rs-state下继续应用于相应的轨道振荡装置10、11、12，直到用户停止相应的轨道振荡装置10、11、12或将相应的轨道振荡装置10、11、12的目标速度降低到低于由第二阈值限定的速度限制为止。在减速状态rs-state下，将持续确定振动水平并将振动水平与第一阈值和第二阈值进行比较。一旦振动水平下降到第二阈值以下，则相应的轨道振荡装置10、11、12的速度将增加。一旦振动水平超过第一阈值，相应的轨道振荡装置10、11、12的速度将自动减小。

附图标记：

100多层轨道振荡组件

10第一轨道振荡装置

11第二轨道振荡装置

12第三轨道振荡装置

13加速计

14速度控制单元

15平台

20器皿

rs-state减速状态

步骤a)启动轨道振荡装置

步骤b)加速轨道振荡装置

步骤c)确定轨道振荡装置的振动水平

步骤d)自动降低轨道振荡装置的速度

步骤e)确定轨道振荡装置的振动水平

步骤f)自动加速轨道振荡装置

步骤g)确定轨道振荡装置是否以目标速度运行。