本發(fā)明涉及一種近場電紡噴印在線監(jiān)測裝置。

背景技術：

納米結構由于其獨特的性質(zhì)使其在多領域應用并成為了眾多學者深入研究的主題?，F(xiàn)今大量的合成和制造方法已經(jīng)被應用于產(chǎn)生納米纖維結構，而在這些方法當中近場電紡噴印(基于近場靜電相互作用的拉伸過程)為制造實心/空心/包軸等多種形式的纖維及其沉積排布提供了直接簡單的方法，與其它納米纖維結構的方法不同，近場直寫排列纖維的方式是利用高壓電場激發(fā)并往收集板定向沉積的過程中在空氣中通過運動、蒸發(fā)形成第一次細化，并通過在收集板上的沉積后收集板對纖維基于靜電相互作用的單軸拉伸牽引，進一步連續(xù)減少黏性射流的直徑，這種技術適合于產(chǎn)生連續(xù)均勻，細化直徑的纖維序列排布。而在近場電紡噴印技術的應用過程中，需要操作人員對電壓、噴印速度、進給速度、環(huán)境溫度、濕度等根據(jù)纖維的噴印狀態(tài)進行實時調(diào)控以保證噴印參數(shù)與噴印狀態(tài)相匹配從而達到纖維噴印的最優(yōu)狀態(tài)，但在傳統(tǒng)近場電紡噴印過程中噴印監(jiān)測主要依賴人工觀察攝像機，故存在判別過于主觀、調(diào)節(jié)難度大的問題。

如中國專利cn103952778b中公開了一種具有實時采樣功能的氣流輔助靜電紡絲儀，其利用光學顯微鏡對紡絲的噴印狀態(tài)進行實時監(jiān)測，而該方案對操作人員的主觀判斷和操作經(jīng)驗要求較高，且單純通過圖像難以完全觀察到靜電紡絲的噴印細節(jié)，另外在調(diào)教過程中對焦、調(diào)整等操作難度較大。

故，需要提供一種新的近場電紡噴印在線監(jiān)測裝置以解決上述問題。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種近場電紡噴印在線監(jiān)測裝置，通過其上的監(jiān)測裝置可將監(jiān)測到的各數(shù)據(jù)顯示在控制面板上，并可通過控制面板直接對相應數(shù)據(jù)進行調(diào)整，從而有效提高了近場電紡噴印在線監(jiān)控的可控性。

本發(fā)明的技術方案為一種近場電紡噴印在線監(jiān)測系統(tǒng)，其包括：

由注射推進機構、注射器、收集平臺、輔助電場及高壓電源組成的近場電紡發(fā)生裝置；由微電流傳感器、四象限探測器及與所述四象限探測器連接的外圍電路組成的監(jiān)測裝置；以及控制裝置，其上設有控制面板。

進一步，注射器一端設有儲液倉用以儲存溶液，另一端設有金屬針頭。

進一步，高壓電源的高壓端與注射器的金屬針頭相連，注射推進機構與注射器另一端相連并機械固定且能沿著z軸作直線往復運動。

進一步，金屬針頭上固定有微電流傳感器，其用以檢測金屬針頭-聚合物纖維-收集平臺之間形成的弱通路之間的微電流。

進一步，所述四象限探測器由四塊平鋪分布的應變片-電容傳感器單元組成且互相隔離。

進一步，每塊應變片-電容傳感器單元為確定電荷量的平板。

進一步，所述收集平臺處平行放置兩塊四象限探測器以形成一個體空間。

進一步，微電流傳感器以及四象限探測器通過獨立且高壓隔離的電路與一嵌入式處理器進行連接。

進一步，所述控制面板上設有采集開關、屏幕和功能按鍵，所述嵌入式處理器控制微電流傳感器采集并處理的數(shù)據(jù)量化的顯示在屏幕上。

與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明通過其上的監(jiān)測裝置可將監(jiān)測到的各數(shù)據(jù)量化的顯示在控制面板上，使得操作人員可以直接通過顯示在控制面板屏幕上量化后的數(shù)據(jù)了解目前的噴印狀態(tài)，且通過功能按鍵對顯示的各數(shù)據(jù)根據(jù)需要進行直觀準確量化的調(diào)節(jié)，從而有效解決傳統(tǒng)近場電紡噴印過程中噴印監(jiān)測主要依賴人工觀察攝像機，判別過于主觀、調(diào)節(jié)難度大的問題，故大大降低了操作難度，提高了近場電紡噴印在線監(jiān)控的可控性。

附圖說明

圖1為近場電紡噴印在線監(jiān)測系統(tǒng)的結構示意圖。

圖2為近場電紡噴印在線監(jiān)測系統(tǒng)另一角度的結構示意圖。

具體實施方式

現(xiàn)結合附圖，對本發(fā)明作進一步的說明。

如圖1和圖2所示，本發(fā)明一種近場電紡噴印在線監(jiān)測系統(tǒng)，其包括：由注射推進機構1、注射器2、收集平臺3、輔助電場4及高壓電源組成的近場電紡發(fā)生裝置；由微電流傳感器5、四象限探測器6及與所述四象限探測器6連接的外圍電路組成的監(jiān)測裝置；以及控制裝置7，其上設有控制面板，可顯示相應數(shù)據(jù)并可根據(jù)需要對相應數(shù)據(jù)進行調(diào)整。

如圖2所示，其中注射器2一端設有儲液倉用以儲存溶液，另一端設有金屬針頭21。高壓電源的高壓端與注射器2的金屬針頭21相連，注射推進機構1與注射器2另一端相連并機械固定且能沿著z軸作直線往復運動，通過推動注射推進機構1可將儲存在儲液倉中的溶液推進到金屬針頭21處，進而使得溶液在金屬針頭21處被高壓電源的高壓端所產(chǎn)生的電勢高壓激發(fā)而在金屬針頭21處形成射流；而在金屬針頭21的正下方，收集平臺3與二維(x-y)運動平臺相連，且與金屬針頭21所在平面成垂直正交，并通過導線與大地相連即收集平臺3處電勢為0，因此金屬針頭21處的溶液被高壓電源進行高壓激發(fā)后，金屬針頭21與收集平臺3之間形成極大的電勢差，且在電勢差的作用下溶液在空間運動過程中因揮發(fā)而最終形成聚合物纖維且沉積在收集平臺3上，通過重復上述射流沉積過程，以對注射器噴出的聚合物纖維進行收集。

如圖2所示，本實施例中，金屬針頭21上固定有微電流傳感器5，其用以檢測金屬針頭21-聚合物纖維-收集平臺3之間形成的弱通路之間的微電流。由于在高壓激發(fā)下，聚合物纖維存在大量的自由電子和正離子，且自由電子同時做熱運動和由電場強度引起的定向運動，通過微電流傳感器5檢測電流的變化量可以求出聚合物纖維的直徑變化量，進而通過該數(shù)據(jù)(聚合物纖維的直徑變化量)可調(diào)節(jié)噴印過程中纖維的均勻性，以保證噴印的質(zhì)量。

如圖1和圖2所示，由微電流傳感器5、四象限探測器6及與所述四象限探測器6連接的(驅動、采集、處理等)外圍電路組成的監(jiān)測裝置，其中微電流傳感器5、四象限探測器6主要用于監(jiān)測噴印過程中的纖維狀態(tài)，四象限探測器6能夠相對金屬針頭21在空間中作三維平移運動。本實施例中四象限探測器6由四塊平鋪分布的應變片-電容傳感器單元組成且互相隔離、各不干擾，且每塊應變片-電容傳感器單元為確定電荷量的平板，其可以檢測水平方向的庫侖力產(chǎn)生的微運動。本實施例中，在收集平臺3處平行放置兩塊四象限探測器6以形成一個體空間，對在四象限探測器6所圍成的個體空間中的帶電射流進行微元分割，并根據(jù)射流微元所受到的電場力可得到應變片所受到的作用力,進而通過應變片上的作用力變化檢測到纖維與收集平臺3接觸的角度狀況，微電流傳感器5以及四象限探測器6通過獨立且高壓隔離的電路與一嵌入式處理器進行連接。

如圖2所示，以及控制裝置7，其上設有控制面板，可顯示相應數(shù)據(jù)并可根據(jù)需要對相應數(shù)據(jù)進行調(diào)整。其中控制面板上設有采集開關71、屏幕72和功能按鍵73，所述嵌入式處理器控制微電流傳感器5采集并處理的數(shù)據(jù)顯示在屏幕72上，當開啟采集開關71后，微電流傳感器5、四象限探測器6的數(shù)據(jù)通過嵌入式處理器發(fā)送數(shù)據(jù)采集指令，以進行動態(tài)采集和處理并在屏幕上顯示動態(tài)信息，使得操作人員可以直接對屏幕72上顯示的信息進行記錄，且對記錄的數(shù)據(jù)進行分析后得到實時噴印狀態(tài)，并可通過控制面板71上的功能按鍵73對得到的各數(shù)據(jù)根據(jù)需要進行相應的調(diào)控。

本發(fā)明提供的一種近場電紡噴印在線監(jiān)測系統(tǒng)的工作原理為：溶液收容于注射器3的儲液倉內(nèi)，注射推進機構2推動注射器3的儲液倉使得溶液進入金屬針頭21，且在高壓電源高壓端所提供的高電壓激發(fā)下形成射流，并利用收集平臺3(與大地相連，電勢與大地電勢相等)和位于金屬針頭處溶液的電勢差使射流作定向沉積運動，在這個沉積過程中，通過控制高壓電源持續(xù)供給高壓，能夠在注射器處形成連續(xù)的射流，射流經(jīng)過蒸發(fā)、牽引細化進而在收集平臺3處形成纖維。另為了讓沉積過程更加穩(wěn)定及控制量化數(shù)據(jù)，在射流作空間運動的過程中，纖維會受到布局在射流運動空間兩側的輔助電場4的作用，進而通過外部電場影響射流。此外，帶電射流的運動會對四象限探測器6產(chǎn)生微作用力，通過分析作用力的分布，可以對射流的運動情況進行分析，且由于四象限探測器6可通過嵌入式處理器發(fā)送數(shù)據(jù)采集指令，并將采集和處理的指令在屏幕72上顯示，從而使得操作人員可以直接對屏幕72上顯示的數(shù)據(jù)進行記錄，并可通過控制面板上的功能按鍵73對相應數(shù)據(jù)進行調(diào)控，故本發(fā)明解決了在傳統(tǒng)近場電紡噴印過程中噴印監(jiān)測主要依賴人工觀察攝像機，判別過于主觀、調(diào)節(jié)難度大的問題，大大降低了操作難度，從而提高了近場電紡噴印在線監(jiān)測的可控性。

以上實施方式對本發(fā)明進行了詳細說明，但所述內(nèi)容僅為本發(fā)明的較佳實施案例，不能認為用于限定本發(fā)明的實施范圍。由于相關工作人員完全可以在不偏離本項發(fā)明技術思想的范圍內(nèi)，進行多樣的變更及修改。因此，凡依本發(fā)明申請范圍所作的均等變化與改進等，均應屬于本發(fā)明的專利涵蓋范圍之內(nèi)。