一种纳米复合材料喷涂场压力扫描测量系统及扫描方法

本发明属于纳米复合材料喷涂，具体涉及一种纳米复合材料喷涂场压力扫描测量方法。

背景技术：

1、纳米复合材料因其增强后的优异性能，被广泛应用于柔性传感、结构防护、设备电磁屏蔽等领域。在这些应用场景中，纳米复合材料主要是以薄膜的形式发挥着各种功能。增材制造技术是制备纳米复合材料薄膜的先进手段，其中喷墨打印和喷涂是两种典型工艺。

2、喷墨打印工艺具有很高的制造精度，但其对纳米复合材料油墨的要求极高。例如，纳米复合材料油墨必须经过微孔滤膜过滤后才能用于打印，否则极易导致喷头被堵塞。这一要求使得许多利用碳纳米管、碳纳米纤维和石墨烯纳米片等材料作为纳米填料的油墨无法被喷墨打印成膜，而这些纳米填料往往具有更出色的性能，这严重限制了高性能纳米复合材料膜的开发。

3、在利用增材制造技术正式制备纳米复合材料薄膜之前，必须对制造系统进行预调试以消除潜在的生产问题，否则会导致薄膜中存在制造损伤。例如，采用喷墨打印工艺时，通常在正式打印前使用高速相机测量液滴，再通过调节工艺参数优化油墨液滴形态。而采用喷涂工艺时，操作者通常依赖经验在正式喷涂前调节喷枪。若调节不当，喷头可能被堵塞，导致薄膜废弃。此外，不当调节还可能引起过喷或反弹等问题。

4、尽管可以通过视觉方法调节喷涂工艺，如利用高速相机拍摄喷涂流场，并通过图像处理获得雾化锥角、液滴粒度等信息，但该方法易受环境光影响，设备成本高且计算效率低。其它方法如激光粒度分析仪、相位多普勒风速测量系统等，成本更高且计算效率更低。

技术实现思路

1、为了克服现有技术的不足，本发明提出了一种纳米复合材料喷涂场压力扫描测量系统及扫描方法，本发明能够获得喷涂场的二维和三维压力分布，辅助喷涂制造系统的预调试，从而实现高性能纳米复合材料薄膜的稳定制备。

2、本发明解决其技术问题所采用的技术方案为一种纳米复合材料喷涂压力场扫描测量系统，包括喷涂场、喷枪、管阵列、测量模块、扫描模块和上位机；所述喷涂场内设置喷枪；所述扫描模块包括运动平台、驱动器、控制器和第一电源模块；控制器与驱动器连接；驱动器与运动平台的电机连接；第一电源模块分别与驱动器和控制器连接，以提供电力；运动平台的方向、位移、速度参数通过控制器设置；所述测量模块包括传感器、调理器、模数转换器、微控制器、收发器和第二电源模块；所述传感器与调理器连接；调理器与模数转换器连接；模数转换器与微控制器连接；微控制器与收发器连接；收发器与上位机连接；第二电源模块分别与传感器、调理器、模数转换器、微控制器、收发器，以提供电力支持；所述测量模块内1个传感器和1个调理器为一组；所述管阵列包括夹具和t型管；所述t型管为t型三通管；t型管的直管的一端为敞口，用于导入压缩空气和纳米复合材料液滴；t型管的直管的另一端设置封套，以使纳米复合材料沉积在t型管内；t型管的支管端口设置气管；气管连接传感器的测量接口；所述夹具顶面设置通孔；通孔内设置t型管；t型管设置封套的一端插入通孔；夹具用于安装t型管，并固定于运动平台上。

3、更进一步的，所述传感器包括测量接口和常开接口；所述常开接口无任何连接。

4、更进一步的，所述测量模块内还包括若干组传感器和调理器。

5、更进一步的，所述夹具顶面的通孔设置若干个。

6、更进一步的，所述夹具顶面的若干个通孔呈线性排列。

7、更进一步的，所述传感器为sm5651；所述调理器为nsa2860；所述模数转换器为ad7606；所述微控制器为stm32f103zet6；所述收发器为nrf24l01。

8、应用一种纳米复合材料喷涂压力场扫描测量系统的扫描测量方法，包括如下步骤：将管阵列设置于喷枪的正下方，使运动平台在水平面内平移，传感器获得t型管内在水平面的压力数据，上位机根据获得的压力数据，绘制纳米复合材料喷涂场的二维压力分布图像。

9、应用一种纳米复合材料喷涂压力场扫描测量系统的扫描测量方法，包括如下步骤：改变喷枪与管阵列的距离，传感器获得t型管内在垂直于水平面方向上的压力数据，上位机根据获得的压力数据，绘制纳米复合材料喷涂场的三维压力分布图像。

10、本发明的有益效果是：本发明公开一种纳米复合材料喷涂雾化压力场扫描测量方法，通过在喷涂场中布置一系列管阵列，将管阵列与传感器相连，利用测量模块获得管阵列所在位置的压力值并利用扫描模块改变管阵列在喷涂场中的位置，最后基于测得的压力数据进行成像可以获得喷涂场的二维或三维压力分布。利用本发明提出的方法测得的压力分布图像可以用于判断喷枪是否工作正常，实现喷涂制造系统的预调试。

1.一种纳米复合材料喷涂场压力扫描测量系统，其特征在于：包括喷涂场、喷枪、管阵列、测量模块、扫描模块和上位机；所述喷涂场内设置喷枪；所述扫描模块包括运动平台、驱动器、控制器和第一电源模块；控制器与驱动器连接；驱动器与运动平台的电机连接；第一电源模块分别与驱动器和控制器连接，以提供电力；运动平台的方向、位移、速度参数通过控制器设置；所述测量模块包括传感器、调理器、模数转换器、微控制器、收发器和第二电源模块；所述传感器与调理器连接；调理器与模数转换器连接；模数转换器与微控制器连接；微控制器与收发器连接；收发器与上位机连接；第二电源模块分别与传感器、调理器、模数转换器、微控制器、收发器，以提供电力支持；所述测量模块内1个传感器和1个调理器为一组；所述管阵列包括夹具和t型管；所述t型管为t型三通管；t型管的直管的一端为敞口，用于导入压缩空气和纳米复合材料液滴；t型管的直管的另一端设置封套，以使纳米复合材料沉积在t型管内；t型管的支管端口设置气管；气管连接传感器的测量接口；所述夹具顶面设置通孔；通孔内设置t型管；t型管设置封套的一端插入通孔；夹具用于安装t型管，并固定于运动平台上。

2.根据权利要求1所述的一种纳米复合材料喷涂场压力扫描测量系统，其特征在于：所述传感器包括测量接口和常开接口；所述常开接口无任何连接。

3.根据权利要求1所述的一种纳米复合材料喷涂场压力扫描测量系统，其特征在于：所述测量模块内还包括若干组传感器和调理器。

4.根据权利要求1所述的一种纳米复合材料喷涂场压力扫描测量系统，其特征在于：所述夹具顶面的通孔设置若干个。

5.根据权利要求1所述的一种纳米复合材料喷涂场压力扫描测量系统，其特征在于：所述夹具顶面的若干个通孔呈线性排列。

6.根据权利要求1所述的一种纳米复合材料喷涂场压力扫描测量系统，其特征在于：所述传感器为sm5651；所述调理器为nsa2860；所述模数转换器为ad7606；所述微控制器为stm32f103zet6；所述收发器为nrf24l01。

7.应用权利要求1至6任一所述的一种纳米复合材料喷涂场压力扫描测量系统的扫描方法，其特征在于：将管阵列设置于喷枪的正下方，使运动平台在水平面内平移，传感器获得t型管内在水平面的压力数据，上位机根据获得的压力数据，绘制纳米复合材料喷涂场的二维压力分布图像。

8.应用权利要求1至7任一所述的一种纳米复合材料喷涂场压力扫描测量系统的扫描方法，其特征在于：改变喷枪与管阵列的距离，传感器获得t型管内在垂直于水平面方向上的压力数据，上位机根据获得的压力数据，绘制纳米复合材料喷涂场的三维压力分布图像。