一、模块概述
管架离心机预平衡检测模块是一套集传感、信号处理与控制于一体的智能化功能，旨在对即将启动的离心载荷进行实时监测与分析，提前判断载荷是否符合对称平衡要求，降低离心运行中因不平衡导致的振动、电机过载或试管破裂风险。本模块通常内置于离心腔体或转子轴承座附近，通过硬件布置与软件算法协同工作，实现“预检测→报警提示→自动停机”三大核心功能。

二、传感器类型与布置

1. 加速度传感器（Java／MEMS 型）

• 安装位置：紧贴转子轴承座或机体内壁，与转子同一平面，灵敏捕捉微小振动。

• 作用原理：振动产生的惯性力作用于传感器质量块，引起压电元件或硅梁力电偶路输出电信号。

2. 压电式位移传感器

• 安装位置：转子腔壁与管架之间的缓冲支撑处，有助于检测径向或轴向位移。

• 作用原理：转子因质量不均造成的偏心振动会引发相对位移，压电片受压产生电荷并转换为电压信号。

3. 应变片式力传感器

• 安装位置：转子锁紧装置或主轴与机壳连接处，可检测扭矩与偏载力矩。

• 作用原理：金属载体上应变片随机械变形而改变电阻，差动桥路输出与载荷不平衡成正比的电压。

三、信号采集与预处理
传感器采集到的微伏级甚至纳伏级信号，首先经过仪器内置的抗干扰屏蔽电缆传输至前置放大器，放大倍数可达100–1000倍。随后，信号进入带通滤波器，滤除直流分量及超出离心机预设频段（通常为10 Hz–500 Hz）的环境噪声。接着，采用模数转换器（ADC）以12 位或16 位分辨率将模拟信号数字化，并送入离心机主控板的微控制器（MCU）进行后续处理。

四、特征提取与不平衡评估
MCU 中运行的固件会对数字化振动信号进行快速傅里叶变换（FFT），提取振动幅值峰值、均方根值（RMS）及频谱分布特征。系统根据预存的平衡阈值曲线，将实时测得的 RMS 振动值与设定阈值比较，判定当前载荷是否处于安全平衡范围。对于超出阈值但仍可继续运行的“轻度不平衡”状态，模块可触发“低速预警”提示；若超出“重度不平衡”阈值，则立即触发自动停机命令。

五、控制策略与自动停机
预平衡检测模块在判断到“重度不平衡”后，会在 MCU 内部生成紧急中断信号，优先级高于所有运行指令，立即切断驱动电机功率输出，并启动电子制动或机械制动系统，使转子在最短制动时间内停转。与此同时，模块通过主控板向人机界面（HMI）发送故障码（如“E-UB01”），并配合蜂鸣器与报警灯进行声光提示，引导实验人员进行检查与校正。

六、人机界面与用户提示
在触摸屏或 LCD 显示屏上，预平衡检测模块以图表或文字形式实时显示当前振动幅度与阈值对比曲线。当载荷接近平衡上限时，屏幕会显示黄色预警，并伴随“请检查载荷平衡”的滚动提示；若达到停机阈值，则切换至红色报警画面，显示“检测到严重不平衡，请重新配重”，并锁定启动按键，直到用户确认问题并重置系统。

七、校准与自适应学习
为了适应不同转子型号、载荷容量与转速范围，模块提供校准模式。用户可在系统设置中选择“平衡校准”，输入参考转子类型与额定转速，离心机在无载荷、轻载荷及满载荷三种状态下分别自动采集振动基准值，生成专属阈值曲线。高级机型还具备自适应学习功能，在长期使用过程中，固件会根据实际振动统计数据动态调整阈值范围，进一步降低误报率。

八、维护与故障诊断
预平衡检测模块通过自检程序定期验证传感器状态与信号链完整性。在开机自检阶段，系统会依次检测各传感器输出是否在规定空载范围（±5 mV 以内）内，如发现异常，则暂停离心功能并提示“传感器故障，请联系维护”。同时，模块支持离线诊断模式，可导出历史振动数据（CSV 格式）至 USB 存储设备，供工程师使用专业振动分析软件进行深度故障排查。

九、安全性与效益
预平衡检测模块显著提升离心机运行安全性，能在早期阶段拦截偏载风险，避免振动损伤轴承、机体结构及电机。此外，通过降低停机返工率和延长设备寿命，本模块可为实验室节约高达20%–30%的维护成本与停机损失，提升整体通量与实验效率。

十、总结
管架离心机预平衡检测模块融合了振动传感技术、数字信号处理与智能控制算法，通过高灵敏度传感器阵列、精密信号预处理和自适应阈值评估，实时监测载荷平衡状态。在判定出重度不平衡后，模块可迅速触发自动停机，并通过友好的人机界面引导用户完成校正。该系统不仅保障了样本与设备安全，还有效降低了维护成本，成为现代智能离心机不可或缺的安全防护利器。