[發明專利]一種靜電噴印納米纖維直徑閉環控制方法及裝置

有效

• 申請號: 201310396573.6
• 申請日: 2013-09-03
• 公開（公告）號: CN103465628A
• 公開（公告）日: 2013-12-25
• 發明（設計）人: 張海濤;魏飛龍;董益民;尹周平;丁漢
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: B41J2/01
• 分類號: B41J2/01;B41J29/393
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 朱仁玲

1.一種靜電噴印納米纖維直徑閉環控制方法，包括如下步驟：

（1）實時處理與控制器對模擬電壓輸出板卡進行控制，產生0—4V低壓，高壓放大器將0—4V低壓放大1000倍，將放大后的高壓施加在噴嘴和基板之間；

（2）當納米纖維在噴嘴與基板之間達到穩定狀態時（即納米纖維在空中不晃動，處于直線下落狀態），高速相機實時采集噴嘴與基板之間的納米纖維穩定狀態形貌圖像；

（3）圖像采集卡將高速相機采集的納米纖維穩定狀態形貌圖像傳送到實時處理與控制器，進行圖像處理，實時計算納米纖維的直徑；

（4）將計算出的納米纖維直徑與設定直徑進行比較得到偏差，以此偏差為控制量，利用廣義預測控制算法實時對電壓進行調節，從而使得納米纖維穩定在設定直徑。

2.根據權利要求1所述的方法，所述圖像處理包括濾波、對比度增強和邊緣提取。

3.根據權利要求2所述的方法，所述濾波采用5X5核的高斯濾波。

4.根據權利要求2所述的方法，所述邊緣提取采用sobel算子計算圖像各個像素點水平方向梯度，梯度模值局部（水平方向左右鄰域）最大的點即為邊緣點。

5.根據權利要求1所述的方法，所述步驟（3）包括：在納米纖維穩定狀態圖像的某一特定位置作一條與水平方向平行的直線（15），以標記直徑測量位置，計算該直線上與納米纖維邊緣相交的兩邊緣點的距離（16），即為納米纖維直徑。

6.一種靜電噴印納米纖維直徑閉環控制裝置，包括：

電動微泵，用來精確控制高分子溶液的流量，維持納米靜電噴印過程中高分子溶液的穩定供給；

實時處理與控制器，用來對模擬電壓輸出板卡進行控制以使其輸出0—4V的模擬低電壓，并對由圖像采集板卡傳送來的納米纖維穩定狀態形貌圖像進行圖像處理，實時計算納米纖維的直徑，其中，將計算出的納米纖維直徑與設定直徑進行比較得到偏差，以此偏差為控制量，利用廣義預測控制算法實時對模擬電壓輸出板卡輸出的模擬電壓進行調節，從而使得納米纖維穩定在設定直徑；

模擬電壓輸出板卡，用于接收實時處理與控制器的信號以輸出0—4V的模擬低電壓；

圖像采集板卡，用于接收高速相機采集的納米纖維穩定狀態形貌圖像，并將圖像傳送至實時處理與控制器；

高速相機，用以實時采集納米纖維在噴嘴與基板之間達到穩定狀態時的形貌圖像，所述穩定狀態即納米纖維在空中不晃動，處于直線下落狀態；

高壓放大器，用于將模擬電壓輸出板卡輸出的0—4V的模擬低電壓放大1000倍，將放大后的高壓施加在噴嘴和基板之間，使得靜電力突破高分子溶液的粘滯力及空氣阻力，形成納米纖維。

7.根據權利要求6所述的裝置，所述圖像處理包括濾波、對比度增強和邊緣提取。

8.根據權利要求7所述的裝置，所述濾波采用5X5核的高斯濾波。

9.根據權利要求7所述的裝置，所述邊緣提取采用sobel算子計算圖像各個像素點水平方向梯度，梯度模值局部（水平方向左右鄰域）最大的點即為邊緣點。

10.根據權利要求6所述的裝置，所述實時處理與控制器計算納米纖維的直徑包括：在納米纖維穩定狀態圖像的某一特定位置作一條與水平方向平行的直線（16），以標記直徑測量位置，計算該直線上與納米纖維邊緣相交的兩邊緣點的距離（17），即為納米纖維直徑。