一種基于二級制冷方式的材料樣品結冰狀況實時采集控制系統，包括水冷機、半導體制冷箱體、控制器、CMOS相機圖像采集系統、PC機；其水冷機進、出水管與半導體制冷箱體的出、進水管對應相連，半導體制冷箱體的環境溫度、濕度、風速、大氣壓力傳感器引線接控制器,控制器通過USB線與PC機通信，CMOS相機圖像采集系統通過USB線與PC機通信。本系統能達到對2L空間溫度2℃到-10℃的精確控制、濕度實時監測、風速0-1m/s20級可調可測、水滴0uL/s-20uL/s10級可調、大氣壓實時可測，并通過相機實時獲取相應條件下小于2cm×2cm的樣品結冰及超疏水狀況、結冰厚度圖并可計算相應結冰厚度等參數。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及材料結冰狀況下性能參數實時采集控制系統。具體涉及一種基于二級制冷方式材料樣品結冰狀況實時采集控制系統。
技術介紹
結冰風洞是飛行器結冰和防冰研究的主要地面試驗設備。目前世界有代表性的結冰風洞有美國NASA的格林研究中心結冰研究風洞(IRT)、意大利航天研究中心結冰風洞、美國LeClerc結冰試驗室的考克斯結冰風洞，這些均為大型結冰風洞。國內有YBF-05冰風洞、YBF-02儀表冰風洞等小型冰風洞。而針對新型材料在低溫下的結冰狀況的微型風洞裝置國內尚無分析測試儀器設備。溫濕度控制被用于工業、農業、軍事、科研和日常生活的一切領域。隨著科學技術的發展，對溫濕度控制的要求不斷地提高，特別是在航天、電子、化工、材料及生物工程等高端技術的科學實驗領域中，溫濕度控制已超出了常規要求。傳統PID控制式不完全滿足這些要求，模糊控制、神經網絡等智能控制方法引入其中，使得能獲得高的控制精度和控制品質。隨著新型傳感器技術的發展和電子技術的發展，對風速的控制和測量也達到新的高度，小型高精度、寬范圍、寬工作環境的風速傳感器也應運而生，大功率高轉速電機和精細控制也成為現實。隨著圖像處理技術和CCD技術的發展，圖像采集與處理技術也使得對細微圖像可以快速分析和處理。嵌入式系統的發展及其PC技術的發展，基于PC機的大運算量處理也成為可能。在制冷裝置方面，隨著制造技術的發展，半導體制冷器件的制冷系數不斷提高，在受控方面靈活精準，在小容量空間和小制冷量需求方面有著越來越多的應用。近幾年來材料研究方面有關“飛行器表面超疏水處理及其抗覆冰行為”、“硅基超疏水表面微納結構優化問題研究”、“各向異性超疏水表面的設計制備及其定向減阻性能研究”等，材料結冰狀況的研究越來越成為研究的熱點，但相應在溫度、濕度、大氣壓力、風速、水滴加注等多方面可測可控的并能用于結冰材料樣品的性能參數等測定裝置在國內尚未見到。基于以上需求和條件，申請人研制專利技術了一種基于二級制冷方式溫度、濕度、風速、水滴控制及材料樣品結冰狀況實時采集控制系統。
技術實現思路
本專利技術所要解決的技術問題是提供一種基于二級制冷方式材料樣品(小于2cmX2cm)結冰狀況實時采集控制系統。通過提供可控或可測的溫度、濕度、風速、水滴等條件的系統供研究材料結冰狀況性能情況之用。本專利技術提供的材料樣品實驗環境為:溫度疒一10攝氏度，風速0-20個等級，風速最大lm/s，加水滴0-10等級，0-20uL/s，濕度實時精度5%RH，安有自動控制旋轉的樣品平臺，可實時采集樣品狀況最大4fps, 640X480, 800X600, 1024X768以及2592 X 1944四種采集分辨率圖像。可根據需要生成相關實驗時間的相應參量(溫度、濕度、風速、結冰厚度變化等)曲線。本專利技術的一種基于二級制冷方式的材料樣品結冰狀況實時采集控制系統，包括水冷機、半導體制冷箱體、控制器、CMOS相機圖像采集系統、PC機；水冷機進、出水管與半導體制冷箱體的出、進水管對應相連，半導體制冷箱體的環境溫度、濕度、風速、大氣壓力傳感器引線接控制器，控制器通過USB線與PC機通信，CMOS相機圖像采集系統通過USB線與PC機通信。本專利技術的系統中，所述的水冷機采用工業級小型水冷機，功率1600W，溫度控范圍10-30攝氏度。本專利技術的系統中，所述的半導體制冷箱體為長方體，其正面由內層、隔熱層和外層共三層組成:內層上安有兩只LED燈及LED防水罩，貫通三層的石英玻璃觀測窗；其背面由10層組成，最內層為兩只大風扇(ScmXScm);并排放置組成；第二層為第I散熱片；第三層為6片制冷片及隔熱和固定用亞格力板及隔熱棉；第四層為兩片并排的第I水冷頭，采用90度彎頭互連用于對制冷片熱端水冷散熱；第五層為鋁皮固定兩片并排的第I水冷頭；第六層為亞格力板；第三到六層間的空隙間填充有隔熱棉；第七層為隔熱棉，第八層為亞格力板，其上安有接線排座連接半導體引線及大、小風扇引線，接線排座上引線到對應電源；第九層為控制器安裝層；第十層為背面最外層為亞格力板；箱體頂面為箱蓋由3層組成，最上層是亞格力板，其上中間后部安有水泵并有水管通過中間前部孔洞穿過頂面給樣品加水滴；最上層亞格力板左右安有手把；中間層為隔熱棉，最內層為亞格力板；最上和最內層亞格力板間通過螺柱連接在一起；箱體底面由8層組成；底面上空間為樣品平臺，距樣品平臺下間隔IOmm有招皮作底面；再下間隔3mm為第二層安裝有兩只小風扇(4cmX 4cm);第三層安裝有兩只第2散熱片；第四層為兩片制冷片分別安裝距樣品平臺左右各IOmm處，周圍為亞格力板；第五層為兩只第2水冷頭，通過90度彎頭和水管連接，此兩只第2水冷頭通過水管還與背面水冷管相連并最終通過水管與水冷機相連；此外通過鋁片及亞格力板與第2散熱片通過螺柱固定制冷片及第2水冷頭；空隙處填充滿隔熱棉；第六層為隔熱棉，第七層為亞格力板，有電機通過電機主軸與樣品平臺相連，控制樣品平臺正反轉和360度旋轉；第八層為底面底座由亞格力板組成；左、右面各由三層組成，左面內層是亞格力板有風速傳感器插孔及風速傳感器走線孔，右面內層是亞格力板有大氣壓力傳感器安裝孔及該傳感器直線孔，左、右中間層為隔熱棉，外層為亞格力板；半導體制冷箱體各面的各層均由螺柱相連，半導體制冷箱體同層各面之間采用嵌插式安裝結構并加螺柱鎖定。使得安裝方便和緊密。本專利技術的系統中，所述的控制器，包括3個溫度傳感器，I個濕度傳感器、I個大氣壓力傳感器、I個風速傳感器、兩只大風扇、I個水泵(用于水滴加注)，電機、一個12V600W可控電壓電源、兩個12V10W可控電壓電源，控制器STM32F107、TLC5615、320*240LCD、三只24伏溫度變送器、5V-3.3V電平轉換模塊、3.3V-5V電平轉換模塊、2.9V LED電源模塊、5V電源模塊組成；上述各個傳感器引線接控制器STM32F107。本專利技術的系統中，所述的CMOS相機圖像采集系統，包括兩只高速風扇、相機，0.3-1倍光學放大鏡鏡頭和XYZR微調平臺；所述的相機為CMOS工業相機，分辨率2592 X 1944，灰度256，拍照速度6fps ;所述的高速風扇功率為12V0.48A ;所述的相機安裝在XYZR微調平臺上；此平臺可調范圍0-20mm，精度0.02mm，兩只高速風扇在半導體制冷箱體外對著石英玻璃觀察窗口成45度角左右對稱安放。高速風扇用于除霧。本專利技術的系統中，所述的PC機，采用奔騰雙核以上CPU，500GB以上硬盤，2GB內存，具有USB2.0以上接口，19英寸以上IXD顯示器。本專利技術的系統中，所述的石英玻璃觀測窗，采用內插式長方體結構，石英玻璃插入其中。本專利技術的系統中，所述的制冷片選用C1206型。本專利技術的系統中，所述的電機選用42型步進電機。下面結合實施例及附圖，對本專利技術作進一步詳細說明。附圖說明圖1是系統整體布局圖2-1是箱體正面板內層結構示意圖2-2是箱體正面板中間層結構示意圖2-3是箱體正面板結構示意圖3-1是箱體反面板內層結構示意圖3-2是箱體反面板外層結構示意 圖3-3是箱體反面板中間層俯視結構示意 圖3-4是箱體反面板中間層左視結構示意圖3-5是箱體反面板結構示意 圖4是箱體上面板結構示意圖5-1是箱體底面板內層結本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種基于二級制冷方式的材料樣品結冰狀況實時采集控制系統，其特征在于：該系統包括水冷機、半導體制冷箱體、控制器、CMOS相機圖像采集系統、PC機；水冷機進、出水管與半導體制冷箱體的出、進水管對應相連，半導體制冷箱體的環境溫度、濕度、風速、大氣壓力傳感器引線接控制器，控制器通過USB線與PC機通信，CMOS相機圖像采集系統通過USB線與PC機通信。
【技術特征摘要】
1.一種基于二級制冷方式的材料樣品結冰狀況實時采集控制系統，其特征在于:該系統包括水冷機、半導體制冷箱體、控制器、CMOS相機圖像采集系統、PC機；水冷機進、出水管與半導體制冷箱體的出、進水管對應相連，半導體制冷箱體的環境溫度、濕度、風速、大氣壓力傳感器引線接控制器，控制器通過USB線與PC機通信，CMOS相機圖像采集系統通過USB線與PC機通信。2.根據權利要求1所述的基于二級制冷方式的材料樣品結冰狀況實時采集控制系統，其特征在于:所述的水冷機采用工業級小型水冷機，功率1600W，溫度控范圍10-30攝氏度。3.根據權利要求1所述的基于二級制冷方式的材料樣品結冰狀況實時采集控制系統，其特征在于:所述的半導體制冷箱體為長方體，其正面由內層、隔熱層和外層共三層組成:內層上安有兩只LED燈(2)及LED防水罩(1)，貫通三層的石英玻璃觀測窗；其背面由10層組成，最內層為兩只大風扇(7)并排放置組成；第二層為第I散熱片(9);第三層為6片制冷片(14)及隔熱和固定用亞格力板及隔熱棉；第四層為兩片并排的第I水冷頭(13)，采用90度彎頭(12)互連用于對制冷片(14)熱端水冷散熱；第五層為鋁皮(15)固定兩片并排的第I水冷頭(13);第六層為亞格力板；第三到六層間的空隙間填充有隔熱棉；第七層為隔熱棉，第八層為亞格力板，其上安有接線排座連接半導體引線及大、小風扇引線，接線排座上引線到對應電源；第九層為控制器安裝層；第十層為背面最外層為亞格力板；箱體頂面為箱蓋由3層組成，最上層是亞格力板，其上中間后部安有水泵(18)并有水管通過中間前部孔洞穿過頂面給樣品加水滴；最上層亞格力板左右安有手把；中間層為隔熱棉，最內層為亞格力板；最上和最內層亞格力板間通過螺柱連接在一起；箱體底面由8層組成；底面上空間為樣品平臺(22)，距樣品平臺下間隔IOmm有鋁皮作底面；再下間隔3mm為第二層安裝有兩只小風扇(25);第三層安裝有兩只第2散熱片(26);第四層為兩片制冷片(14)分別安裝距樣品平臺左右各IOmm處，周圍為亞格力板；第五層為兩只第2水冷頭，通過90度彎頭和水管連接，此兩只第2水冷頭通過水管還與背面水冷管相連并最終通過水管與水冷機相連；此外通過鋁片及亞格力板與第2散熱片(26)通過螺柱固定制冷片(14)及第2水冷頭(28);空隙處填充滿隔熱棉； 第六層為隔熱棉，第七層為亞格力板，有電機通過...
【專利技術屬性】
技術研發人員：鄧彬偉，李文，張開志，馬學軍，黃磊，阮敏，周兵，
申請(專利權)人：鄧彬偉，李文，
類型：發明
國別省市：
還沒有人留言評論。發表了對其他瀏覽者有用的留言會獲得科技券。