[發明專利]基于基板速度調節的納米纖維直徑控制方法及控制裝置

有效

• 申請號: 201310659164.0
• 申請日: 2013-12-09
• 公開（公告）號: CN103645751A
• 公開（公告）日: 2014-03-19
• 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: G05D5/00
• 分類號: G05D5/00;G05B13/04
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 曹葆青

1.一種基于基板速度調節的納米纖維直徑控制方法，其特征在于，包括如下步驟：

(1)在具有流量穩定的高分子溶液供給的情況下，通過將直流高壓電源產生的高壓加至噴嘴和基板之間形成靜電力，使高分子溶液在噴嘴末端突破高分子溶液本身的粘滯力和空氣阻力，從噴嘴中噴出形成納米纖維，并沉積在基板上；

(2)當從噴嘴末端噴出的納米纖維狀態穩定時，通過控制運動控制卡使基板運動；

(3)采用光纖光源照射基板，并使用帶有顯微鏡頭的高速相機實時采集沉積在基板上的納米纖維形貌圖像；

(4)將高速相機采集的納米纖維形貌圖像通過圖像采集卡處理后傳送到實時處理控制器，并在實時處理控制器中進行圖像處理，實時計算出納米纖維的直徑；

(5)將步驟(4)計算出的納米纖維直徑與預先設定的設定直徑進行比較得到偏差，以所述偏差為控制量，通過采用控制算法實時對基板速度進行調節，從而使得納米纖維穩定在設定直徑處。

2.根據權利要求1所述的基于基板速度調節的納米纖維直徑控制方法，其特征在于，步驟(2)中所述基板運動為直線運動，所述納米纖維為直線形狀。

3.根據權利要求1所述的基于基板速度調節的納米纖維直徑控制方法，其特征在于，步驟(5)中所述控制算法為廣義預測控制算法。

4.一種基于基板速度調節的納米纖維直徑控制裝置，其特征在于，包括納米纖維形成模塊、運動控制模塊、視覺模塊和核心監測模塊；

所述納米纖維形成模塊包括電動微型泵(2)、直流高壓電源(8)、噴嘴(3)和基板(6)，電動微型泵(2)用于控制高分子溶液的流量，使高分子溶液從噴嘴(3)中噴出的流量穩定；直流高壓電源(8)與噴嘴(3)相連，通過輸出高壓使噴嘴(3)與基板(6)間產生靜電力；

所述運動控制模塊包括驅動電機、運動平臺(7)、運動控制卡(10)和運動信號采集卡(11)，基板(6)安裝在運動平臺(7)上，與運動平臺(7)聯動；所述運動平臺(7)由所述驅動電機驅動，所述驅動電機與運動控制卡(10)和運動信號采集卡(11)均相連，所述運動信號采集卡(11)用于采集電機編碼器反饋的電機磁極位置、電機轉角和電機轉速信號；

視覺模塊包括光纖光源(1)、高速相機(5)和圖像采集卡(12)，光纖光源(1)設置在基板(6)側面，用于照亮基板(6)；高速相機(5)帶有顯微鏡頭，安裝在基板(6)的上方，用于實時采集沉積在基板(6)上的納米纖維圖像；圖像采集卡(12)與高速相機(5)相連，用于接收高速相機(5)采集的納米纖維圖像信號；

核心監測模塊包括實時處理控制器(9)，所述實時處理控制器(9)為嵌入式實時處理控制器，運動控制卡(10)、運動信號采集卡(11)、圖像采集卡(12)均與實時處理控制器(9)相連。

5.根據權利要求4所述的基于基板速度調節的納米纖維直徑控制裝置，其特征在于，所述基板(6)為柔性基板或半導體基板。

6.根據權利要求4所述的基于基板速度調節的納米纖維直徑控制裝置，其特征在于，所述實時處理控制器(9)還與一顯示器(13)相連，所述顯示器(13)用于顯示納米纖維直徑、基板運動速度和納米纖維圖像。