静电纺丝的微流注射泵系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种用于静电纺丝的微流注射泵系统，注射泵系统包括注射泵、驱动板、控制板和上位机，上位机与控制板互联通讯，控制板通过多个驱动板分别连接多个微流注射泵，注射泵核心为一台步进电机，步进电机转动带动顶部滑台左右移动，注射器固定在滑台上。驱动板支持步进电机高细分驱动运行。控制板通过485串口接收上位机指令，并控制注射泵动作。上位机为一台高清显示屏，除了设置系统运行参数外，还实时显示溶液注射液量、进度的状况。微流泵系统支持一个上位机同时控制多台注射泵。本实用新型专利技术运行精度高，操作方便，注射速度范围可达0.1mL/h～50mL/h。

Micro flow injection pump system for electrospinning

【技术实现步骤摘要】
静电纺丝的微流注射泵系统
本技术涉及一种用于静电纺丝的微流注射泵系统的设计，涉及纳米材料制备及医疗器件制造

技术介绍
近些年，纳米材料在社会生产生活中得到了广泛应用。静电纺丝技术，是目前材料领域最为常见的一种制备聚合物纳米纤维的方法，将聚合物溶液以一定的速度从带有毛细管的微流泵中推出，将毛细管部分置于强电场中，聚合物溶液会在强电场的作用下，会在毛细管顶端形成泰勒锥；逐渐增大电场强度，至聚合物溶液克服表面张力形成喷射细流；喷射细流在强电场中做不规则运动并分裂成多股细丝纤维，最终在电场的负极形成无纺布形式的纳米纤维。微流注射泵作为静电纺丝过程中重要的给料设备，其运行的精度和稳定性直接影响着产出纳米纤维的品质。目前现有市场的多数的微流泵系统结构复杂、管理控制方式较为单一，不能做到自动实时而准确的反应微流注射泵运行状态。
技术实现思路
本技术的主要目的是为了解决静电纺丝领域中无法自动低速精确给料问题，设计了一种用于静电纺丝的微流注射泵系统，结构简单，在保证运行精度的条件下，还能实时精确的反应系统的运行状态。一种用于静电纺丝的微流注射泵系统，注射泵系统包括注射泵、驱动板、控制板和上位机，上位机与控制板互联通讯，控制板通过多个驱动板分别连接多个微流注射泵，所述微流注射泵包括丝杆、步进电机、导轨、滑台、注射泵本体，丝杆、步进电机、导轨均设置在注射泵本体的内部，其中：导轨设置在底部，步进电机设置在导轨的一端，丝杆固定于步进电机并随步进电机的工作转动；注射器通过支架固定在注射泵本体上；滑台上部与注射器的活动塞尾部相固定连接，滑台的下部具有螺纹孔匹配套在丝杆上，滑台的底部设置在导轨上；步进电机工作带动丝杆转动，丝杆基于滑台的螺纹孔使滑台在导轨上推进或拉回，滑台的推进拉回过程中为注射器的活动塞提供动力实现注射或取液。步进电机选用两相混合式丝杆步进电机，满足低步距角、转矩大且精度高的要求。优选的，注射泵本体的内部在丝杆的两端分别设置左限位光耦和右限位光耦，当滑台行进到光耦处立即停止。优选的，注射泵本体的外部设置前进按钮和后退按钮，分别用于控制步进电机的正反转，便于手动控制。具体的，所述驱动板为三洋半导体公司的LV8729电机驱动芯片，LV8729芯片的MD1-MD3引脚都拉为高电平实现128细分驱动模式。优选的，LV8729芯片支持自动半流锁定，其OSC2引脚通过电容C5接地，C5的容值决定进入半流状态的时间间隔；LV8729芯片的VREF引脚一方面接电阻R10，另一方面通过电阻R11连接在DOWN引脚，R10＝R11。优选的，LV8729芯片的OSC1引脚通过电容C4接地，C5用于设置电流斩波频率。具体的，所述控制板为意法半导体公司的stm32f407，基于stm32的定时器功能输出固定频率的脉冲信号控制步进电机，以控制注射器的取液或注射速度。从stm32定时器引脚输出的脉冲控制信号，经过隔离放大，加在LV8729的STP端，驱动电流分别通入步进电机两相绕组上，从而完成电机驱动，实现注射器的取液或注射速度控制。优选的，取液或注射速度Vs与定时器重装载值ARR的关系式为：式中，a为电机丝杆的螺距；r为注射器内壁半径；M为步进电机驱动设置的细分值；PSC为定时器的分频系数；通过控制ARR值来控制微流注射泵系统的取液或注射速度Vs。更优的，取液或注射速度Vs的控制过程还包括校准环节，所述校准环节为每次系统运行之前，先试注射Vx毫升的蒸馏水，用精密天平称取蒸馏水质量为mx克；加入校准环节后，取液或注射速度Vs与定时器重装载值ARR的关系式为：式中，Δ＝Vx/mx。优选的，选用MCGS触摸屏作为系统的上位机，运算并发送用户控制指令，并实时监控注射泵系统的运行状况，上位机对应一或多个注射泵，上位机通过485总线向控制板发送控制指令，定义Modbus通讯协议，数据传输按照“地址码+功能码+数据长度+2字节数据位+CRC16校验位”的格式，一次通讯传输7个字节，其中地址码分别对应同的主控芯片地址，功能码则对应电机包括正、反转、停止及复位的不同状态，数据长度2字节，数据位为控制电机运行参数高、低字节；CRC16校验确保数据传输准确。本技术的有益效果本微流注射泵主体使用精密、低步距角步进电机，各机械部件精密贴合，用高精度步进电机驱动芯片LV8729对电机实现高细分驱动。提高了微流注射注射泵的精度，且在保证运行精度的条件下，可选的注射速度范围宽，完全满足静电纺丝的要求；同时使用高清触摸屏作为系统上位机，操作方便，同时能实时反馈系统的运行状况及注射执行进度，更加直观的反应给料状况，实现自动化，提高工作效率。又支持一台上位机控制多台微流泵系统，分别支持手动与自动两种运行模式，可控性强，且成本低廉。附图说明图1为本技术的总体结构示意图图2为本技术微流注射泵的主体结构示意图图3为本技术在静电纺丝领域的应用原理图图4为本技术微流泵电机驱动板电路示意图图5为本技术微流泵系统控制板控制电路示意图图6为本技术微流泵系统运行流程图具体实施方式下面结合实施例对本技术作进一步说明，但本技术的保护范围不限于此：如图1所示：所述的微流注射泵系统设计主要结构包括微流注射泵、步进电机驱动(LV8729驱动板，三洋半导体公司的LV8729电机驱动芯片)、下位机主控模块(STM32控制板，意法半导体公司的stm32f407)及上位机(MCGS触摸屏)。所述的微流注射泵主体设计如下：如图2所示：所述的微流泵系统选用两相混合式丝杆步进电机2作为系统主体核心，电机2必须满足低步距角、转矩大且精度高；作为一种较好的实施例，选用一款惠斯通的42步进电机作为注射泵系统的电机2，该型步进电机2的固定步距角为1.8°，电机在不加细分驱动的情况下，当通电状态改变一次，转子转动1.8°。转子转动一周需要200个步进脉冲信号。由于控制的电机速度较低，要对电机进行细分驱动，在加入细分驱动技术后，电机的步距角会相应减小，在M细分驱动下，电机的步距角θ为1.8°/M，转子转动一周需要200M个步进脉冲信号。该型电机有定位精度高，转动惯量低等优点。为进一步提高注射泵的精度，与步进电机一体的丝杆1选用滚珠丝杆，作为一种较好的实施例，选择导程2mm的滚珠丝杆。所述的电机丝杆1连接注射泵本体5外部的滑台4，滑台4下方有起支撑作用的直线导轨3，丝杆1转动带动滑台4前、后移动，滑台4上方安装有夹持装置，用来固定注射器6的活动塞6-1；将注射器6空筒固定在微流泵顶端，注射器6的活动塞6-1卡入滑台4的夹持装置，滑台4移动进而推、拉注射器活动塞6-1，完成注射器6取液及注射；所述的滑台4的行程两端各放置一个限位开关(7-1；7-2)，当滑台4行进到光耦处立即停止，保护注射器6与滑台4。作为一种较好的实施例，本本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于静电纺丝的微流注射泵系统，其特征在于，注射泵系统包括注射泵、驱动板、控制板和上位机，上位机与控制板互联通讯，控制板通过多个驱动板分别连接多个微流注射泵，/n所述微流注射泵包括丝杆(1)、步进电机(2)、导轨(3)、滑台(4)、注射泵本体(5)，丝杆(1)、步进电机(2)、导轨(3)均设置在注射泵本体(5)的内部，其中：导轨(3)设置在底部，步进电机(2)设置在导轨(3)的一端，丝杆(1)固定于步进电机(2)并随步进电机(2)的工作转动；注射器(6)通过支架固定在注射泵本体(5)上；滑台(4)上部与注射器(6)的活动塞(6-1)尾部相固定连接，滑台(4)的下部具有螺纹孔匹配套在丝杆(1)上，滑台(4)的底部设置在导轨(3)上；/n步进电机(2)工作带动丝杆(1)转动，丝杆(1)基于滑台(4)的螺纹孔使滑台(4)在导轨(3)上推进或拉回，滑台(4)的推进拉回过程中为注射器(6)的活动塞(6-1)提供动力实现注射或取液。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于静电纺丝的微流注射泵系统，其特征在于，注射泵系统包括注射泵、驱动板、控制板和上位机，上位机与控制板互联通讯，控制板通过多个驱动板分别连接多个微流注射泵，
所述微流注射泵包括丝杆(1)、步进电机(2)、导轨(3)、滑台(4)、注射泵本体(5)，丝杆(1)、步进电机(2)、导轨(3)均设置在注射泵本体(5)的内部，其中：导轨(3)设置在底部，步进电机(2)设置在导轨(3)的一端，丝杆(1)固定于步进电机(2)并随步进电机(2)的工作转动；注射器(6)通过支架固定在注射泵本体(5)上；滑台(4)上部与注射器(6)的活动塞(6-1)尾部相固定连接，滑台(4)的下部具有螺纹孔匹配套在丝杆(1)上，滑台(4)的底部设置在导轨(3)上；
步进电机(2)工作带动丝杆(1)转动，丝杆(1)基于滑台(4)的螺纹孔使滑台(4)在导轨(3)上推进或拉回，滑台(4)的推进拉回过程中为注射器(6)的活动塞(6-1)提供动力实现注射或取液。


2.根据权利要求1所述的一种用于静电纺丝的微流注射泵系统，其特征在于，注射泵本体(5)的内部在丝杆(1)的两端分别设置左限位光耦(7-1)和右限位光耦(7-2)。


3.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：薄翠梅，李俊，缪卫东，孙正，刘艳萍，
申请(专利权)人：镇江博慧自动化技术研究院有限公司，
类型：新型
国别省市：江苏;32