基于压力检测的静电纺丝针头堵塞远程调控系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于压力检测的静电纺丝针头堵塞远程调控系统，包括收集板、高压电源、注射器、压力传感器、微量推进器、磁控装置、控制器、OPC服务器、数据库、Web服务器和客户端。压力传感器、高压电源、微量推进器、磁控装置与控制器通信。若针头处发生堵塞，则压力传感器向控制器传递电压信号，OPC服务器读取控制器的数据并传递给web服务器和数据库，Web服务器实时推送至远程客户端，客户端界面实时显示压力曲线和工艺参数值，若超过设定阈值，则驱动磁控装置上的环形磁铁带动注射器针头中放置的十字磁性疏通针往复运动，达到疏通针头的目的。数据库则实时保存了各种故障信息，便于后续分析故障原因。于后续分析故障原因。于后续分析故障原因。

【技术实现步骤摘要】
基于压力检测的静电纺丝针头堵塞远程调控系统


[0001]本专利技术涉及静电纺丝领域，特别涉及基于压力检测的针头堵塞远程在线监测及调控，属于静电纺丝机电控制领域及在线解决其针头堵塞的技术。

技术介绍

[0002]静电纺丝技术是目前获得纳米直径纤维最直接有效的方法之一，目前已经广泛应用于生物医疗、锂离子电池电极、污水过滤和医用防护等领域，特别是目前新冠肺炎疫情期间，对口罩的数量和质量需求日益增长，而静电纺丝技术可以很好的满足这一需求。
[0003]长期以来，静电纺丝的产量较低，这也是限制其产业化的最主要的原因之一。目前主要有两种方法可以提高产量，一种是无针静电纺，其主要是原理是用外力对纺丝原液的液面形成扰动，达到在静电场的作用下形成泰勒锥的目的，当电压产生的静电场足够大，就可以从泰勒锥拉伸出纳米纤维，沉积到收集板表面，这种方法虽然可以有效提高产量，但是纺出来的纤维丝直径较粗且不均匀，另一种方法就是增加纺丝针头的数量，多针头同时进行静电纺丝，由毛细针头纺出来的纤维直径较细，纤维直径可以达到纳米级而且沉积分布比较均匀，但是由于针头直径非常细，且溶液经常在针头处凝固，导致针头处泰勒锥形成不稳定甚至经常发生堵塞的现象，导致纺丝中断，甚至损坏仪器。而静电纺丝的实验周期较长且易受环境干扰，部分实验溶液挥发之后对人体有一定的危害，但实验过程要由人工监督，而实验人员往往难以察觉静电纺丝实验的异常，从而导致纺丝质量不达标以及降低生产效率，浪费人力资源。
[0004]这个时候一种简单高效的远程检测并解决针头堵塞的方法就显得尤为重要，但是目前鲜有关于静电纺丝针头堵塞问题的远程调控系统。申请号为CN201810666551.X的中国专利技术专利公开了一种能够排除针头堵塞的静电纺丝的方法，属于静电纺丝领域，要点是：静电纺丝过程中，工业相机采集喷丝针头状态图像，并将其传输至上位机，上位机接收图像并对比，判断该工业相机采集到的图像中是否具有球状液滴图像以识别喷射针头状态，当纺丝针头堵塞时，控制液体推进压力排除针头堵塞，且控制器重新调整工作电压以及环境温湿度形成一个新的平衡的工作状态，效果是能够检测和排除针头堵塞。这种方法结构复杂，难以量产广泛使用，且操作复杂结果不稳定。
[0005]申请号为CN200880124159.7的中国专利技术专利公开了一种电子监控注射设备，注射设备设有弹簧辅助注射机构，其中从弹簧中释放出的能量使被保持的药筒的柱塞移动。传感器电路适于在注射期间检测速度相关的数据，从而检测异常的速度状态，例如针头堵塞状态、填装状态或者空气清除状态。这种方法主要是利用速度传感器检测柱塞的运动速度，从而判断注射器的堵塞情况，而不能在线疏通针头，另外，众所周知，实验室静电纺丝过程中，推进速度非常缓慢，平均仅为0.5ml/h，所以利用这种方法对传感器的精度要求极高，且存在判断偏差的可能，因为即使推进速度不变，针头的内壁也有可能存在溶液凝固，这个时候如果还保持同样的推进速度，溶液的初始射流速度就会增大，会大大影响纺丝质量。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是：远程监控静电纺丝中溶液压力的变化，及时发现针头堵塞问题，并及时在线疏通，避免了生产停滞，也避免了设备损坏，同时节省了实验人员的大量时间，而且根据数据库中保存的大量历史实验数据，可以对针头堵塞问题与工艺参数的关系进行分析。
[0007]为了达到上述目的，本专利技术的技术方案是提供了一种基于压力检测的静电纺丝针头堵塞远程调控系统，其特征在于，包括收集板、高压电源、注射器、压力传感器、微量推进器、磁控装置、控制器、OPC服务器、数据库、Web服务器和客户端，其中：
[0008]注射器包括针头、针筒、胶塞和芯杆；芯杆位于针筒内，芯杆尾部露于针筒外，芯杆尾部外套设有胶塞且胶塞与芯杆之间螺纹配合，针筒前端设有针头，针头内设有十字磁性疏通针；芯杆内有空心筒，芯杆尾端设有与该空心筒相连通的导线孔；
[0009]磁控装置由控制器驱动动作，控制十字磁性疏通针在针头内沿轴向往复运动，从而达到疏通针头的目的；
[0010]压力传感器粘贴于胶塞的腔体内，用于对胶塞与被注射器推出的溶液的压力进行静态和动态测量，与压力传感器的引脚相连的导线沿着芯杆内的空心筒自导线孔引出注射器外并连接控制器，使压力传感器与控制器通信；
[0011]控制器还与高压电源、微量推进器及步进电机通信；
[0012]高压电源的正极端头连接针头、负极端头连接收集板，为纺丝工作提供稳定的高压静电场；
[0013]微量推进器推出注射器内溶液在高压静电场的作用下形成纤维丝沉积在收集板表面；当针头处因为溶液凝固变窄时，胶塞与纺丝液接触面之间的压力会增大，引起胶塞内的压力传感器发生形变，引起阻值改变，变化的阻值信号转化为变化的电压信号后传递给控制器；控制器根据压力与电压的标定关系曲线获得胶塞所受压力的变化信号，依据胶塞所受压力的变化信号来判断针头处的堵塞情况；
[0014]OPC服务器用于将接收自控制器的数据传递给Web服务器和数据库，Web服务器将数据实时推送至远程客户端，数据库则保存历史数据信息；当控制器获得的胶塞所受压力的变化信号未超过阈值时，表示针头处因为溶液凝固变窄，则控制器在一定速度区间内调整微量控制器推进速度，以达到稳定供液；当控制器获得的胶塞所受压力的变化信号超过阈值时，表示针头处发生堵塞，则客户端发出报警弹窗的同时，经由Web服务器及OPC服务器向控制器发送用于驱动磁控装置的驱动信号，控制器接收该驱动信号后，驱动磁控装置动作。
[0015]优选地，所述针头内壁有十字导轨，十字导轨与十字磁性疏通针形成相对滑动。
[0016]优选地，所述压力传感器受力会发生形变，从而改变阻值，即阻值随所述压力传感器所受压力改变，且阻值随着所受压力的增大而减小，压力传感器通过转化模块将变化的阻值信号转化为变化的电压信号。
[0017]优选地，所述胶塞内导线槽，与所述压力传感器相连的导线沿着导线槽引出所述胶塞后，再引入所述芯杆的空心筒内。
[0018]优选地，所述磁控装置，包括圆环磁铁支撑架、环形磁铁、磁控步进电机和磁控丝杠，磁控步进电机与所述控制器相连，磁控步进电机经由磁控丝杠带动圆环磁铁支撑架往
复移动，环形磁铁设于圆环磁铁支撑架上。
[0019]优选地，所述环形磁铁为永磁铁或励磁线圈，所述环形磁铁产生的磁场不但对射流的范围有约束作用，而且可以细化纤维直径并提高纤维粗细的均匀度。
[0020]优选地，所述十字磁性疏通针具有磁性，可以和所述磁控装置上的环形磁铁相互吸引，使得所述十字磁性疏通针与所述环形磁铁可以实现同步运动。
[0021]优选地，所述十字磁性疏通针包括针体，针体经由弹簧与十字磁铁相连，十字磁铁卡入所述针头内壁的十字导轨中，十字磁铁可以和所述磁控装置上的环形磁铁相互吸引，使得所述十字磁性疏通针与所述环形磁铁可以实现同步运动。
[0022]优选地，所述微量推进器包括推进步进电机、推板和推进丝杠，推进步进电机与所述控制器相连，推进本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于压力检测的静电纺丝针头堵塞远程调控系统，其特征在于，包括收集板、高压电源、注射器、压力传感器、微量推进器、磁控装置、控制器、OPC服务器、数据库、Web服务器和客户端，其中：注射器包括针头、针筒、胶塞和芯杆；芯杆位于针筒内，芯杆尾部露于针筒外，芯杆尾部外套设有胶塞且胶塞与芯杆之间螺纹配合，针筒前端设有针头，针头内设有十字磁性疏通针；芯杆内有空心筒，芯杆尾端设有与该空心筒相连通的导线孔；磁控装置由控制器驱动动作，控制十字磁性疏通针在针头内沿轴向往复运动，从而达到疏通针头的目的；压力传感器粘贴于胶塞的腔体内，用于对胶塞与被注射器推出的溶液的压力进行静态和动态测量，与压力传感器的引脚相连的导线沿着芯杆内的空心筒自导线孔引出注射器外并连接控制器，使压力传感器与控制器通信；控制器还与高压电源、微量推进器及步进电机通信；高压电源的正极端头连接针头、负极端头连接收集板，为纺丝工作提供稳定的高压静电场；微量推进器推出注射器内溶液在高压静电场的作用下形成纤维丝沉积在收集板表面；当针头处因为溶液凝固变窄时，胶塞与纺丝液接触面之间的压力会增大，引起胶塞内的压力传感器发生形变，引起阻值改变，变化的阻值信号转化为变化的电压信号后传递给控制器；控制器根据压力与电压的标定关系曲线获得胶塞所受压力的变化信号，依据胶塞所受压力的变化信号来判断针头处的堵塞情况；OPC服务器用于将接收自控制器的数据传递给Web服务器和数据库，Web服务器将数据实时推送至远程客户端，数据库则保存历史数据信息；当控制器获得的胶塞所受压力的变化信号未超过阈值时，表示针头处因为溶液凝固变窄，则控制器在一定速度区间内调整微量控制器推进速度，以达到稳定供液；当控制器获得的胶塞所受压力的变化信号超过阈值时，表示针头处发生堵塞，则客户端发出报警弹窗的同时，经由Web服务器及OPC服务器向控制器发送用于驱动磁控装置的驱动信号，控制器接收该驱动信号后，驱动磁控装置动作。2.根据权利要求1所述的一种基于压力检测的静电纺丝针头堵塞远程调控系统，其特征在于，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈鹏，周其洪，段星宇，陈革，
申请(专利权)人：东华大学，
类型：发明
国别省市：