[发明专利]基于基板速度调节的纳米纤维直径控制方法及控制装置

权利要求书

1.一种基于基板速度调节的纳米纤维直径控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)在具有流量稳定的高分子溶液供给的情况下，通过将直流高压电源产生的高压加至喷嘴和基板之间形成静电力，使高分子溶液在喷嘴末端突破高分子溶液本身的粘滞力和空气阻力，从喷嘴中喷出形成纳米纤维，并沉积在基板上；

(2)当从喷嘴末端喷出的纳米纤维状态稳定时，通过控制运动控制卡使基板运动；

(3)采用光纤光源照射基板，并使用带有显微镜头的高速相机实时采集沉积在基板上的纳米纤维形貌图像；

(4)将高速相机采集的纳米纤维形貌图像通过图像采集卡处理后传送到实时处理控制器，并在实时处理控制器中进行图像处理，实时计算出纳米纤维的直径；

(5)将步骤(4)计算出的纳米纤维直径与预先设定的设定直径进行比较得到偏差，以所述偏差为控制量，通过采用控制算法实时对基板速度进行调节，从而使得纳米纤维稳定在设定直径处。

2.根据权利要求1所述的基于基板速度调节的纳米纤维直径控制方法，其特征在于，步骤(2)中所述基板运动为直线运动，所述纳米纤维为直线形状。

3.根据权利要求1所述的基于基板速度调节的纳米纤维直径控制方法，其特征在于，步骤(5)中所述控制算法为广义预测控制算法。

4.一种基于基板速度调节的纳米纤维直径控制装置，其特征在于，包括纳米纤维形成模块、运动控制模块、视觉模块和核心监测模块；

所述纳米纤维形成模块包括电动微型泵(2)、直流高压电源(8)、喷嘴(3)和基板(6)，电动微型泵(2)用于控制高分子溶液的流量，使高分子溶液从喷嘴(3)中喷出的流量稳定；直流高压电源(8)与喷嘴(3)相连，通过输出高压使喷嘴(3)与基板(6)间产生静电力；

所述运动控制模块包括驱动电机、运动平台(7)、运动控制卡(10)和运动信号采集卡(11)，基板(6)安装在运动平台(7)上，与运动平台(7)联动；所述运动平台(7)由所述驱动电机驱动，所述驱动电机与运动控制卡(10)和运动信号采集卡(11)均相连，所述运动信号采集卡(11)用于采集电机编码器反馈的电机磁极位置、电机转角和电机转速信号；

视觉模块包括光纤光源(1)、高速相机(5)和图像采集卡(12)，光纤光源(1)设置在基板(6)侧面，用于照亮基板(6)；高速相机(5)带有显微镜头，安装在基板(6)的上方，用于实时采集沉积在基板(6)上的纳米纤维图像；图像采集卡(12)与高速相机(5)相连，用于接收高速相机(5)采集的纳米纤维图像信号；

核心监测模块包括实时处理控制器(9)，所述实时处理控制器(9)为嵌入式实时处理控制器，运动控制卡(10)、运动信号采集卡(11)、图像采集卡(12)均与实时处理控制器(9)相连。

5.根据权利要求4所述的基于基板速度调节的纳米纤维直径控制装置，其特征在于，所述基板(6)为柔性基板或半导体基板。

6.根据权利要求4所述的基于基板速度调节的纳米纤维直径控制装置，其特征在于，所述实时处理控制器(9)还与一显示器(13)相连，所述显示器(13)用于显示纳米纤维直径、基板运动速度和纳米纤维图像。