一种基于形状记忆聚合物的智能调节开孔率的过滤装置及调节方法与流程

本发明属于过滤器技术领域，涉及一种基于形状记忆聚合物的智能调节开孔率的过滤装置及其调节方法。

背景技术：

对于在户外工作的机械电子设备而言，散热、防尘失效是导致设备故障的主要原因之一，而防尘和散热往往很难兼顾。滤网是各类机械电子设备中的重要部件，滤网与风扇、散热器等构成设备的防尘和风冷散热系统。滤网的开孔率、通风孔类型、相对厚度等结构参数对阻力系数影响很大，其中，开孔率越小，系统阻力系数越大，而系统阻力系数的变化会导致风扇工作点的变化，影响系统的散热性能。由于设备的工作环境会随季节和地点发生变化，因此，提供一种能随工作环境的变化智能调节开孔率的过滤装置，将有助于兼顾系统的防尘与散热要求，提高设备的环境适应能力。

热致型形状记忆聚合物（smp），是由于温度改变而发生形状记忆和恢复过程的形状记忆材料，其形变控制方法较简单，制备简便，应用范围较广。当被加热到响应温度之上时，材料从玻璃态转变为高弹态，在外力作用下产生形变，若保持外力不变，待环境温度降至室温，形状就会被固定下来；而当再升温至响应温度时，材料能够很快回复到初始形状。热致型形状记忆聚合物具有密度小、可恢复变形量大、生产成本低、易加工成型、耐腐蚀等优点。

目前，针对在户外工作的设备，以及工作环境中空气颗粒物粒径变化明显的设备，还没有一种基于热致型形状记忆聚合物的智能调节开孔率的过滤装置。申请号为201811003373.9，名称为“一种形状记忆合金驱动的自调节流道冷板及自调节方法”的专利文件是通过形状记忆合金弹簧受热后弹力的变化来驱动流道开启和关闭的，其材料和应用领域均与本专利不同；

申请号为201810863916.8，名称为“一种通风量可调型过滤网”的专利文件是通过手动调节旋转开关控制多层滤网中每片滤网的倾斜角度以控制通风量的，其基本原理与本专利不同。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种基于形状记忆聚合物的智能调节开孔率的过滤装置及其调节方法，根据设备工作环境空气颗粒物粒径大小实时调节滤网开孔率，在满足设备防尘要求的情况下，最大限度地降低系统的阻力系数，提高系统的散热性能。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种基于形状记忆聚合物的智能调节开孔率的过滤装置，包括：

壳体，所述壳体上设有通气窗口；

外过滤网，安装在所述外壳上位于通气窗口外侧，所述外过滤网的上端与固定在壳体上端的第二支架连接，外过滤网的下端与固定在壳体下端的第四支架连接，还包括由热致型形状记忆聚合物丝材料制成的，安装在通气窗口内侧的内过滤网，所述内过滤网的丝线方向与外过滤网的丝线方向交叉布置，形成均布的筛孔；

所述内过滤网的一侧与固定在框架一侧的第三支架相连接，内过滤网的另一侧与第一支架连接，第一支架的上端通过第一滑块与设置在第二支架上的滑轨滑动连接，第一支架的下端通过第二滑块与设置在第四支架上的滑轨滑动连接；

电动推杆，设置在壳体内，由电机驱动器驱动，电动推杆的伸缩轴与所述第一支架连接；

加热装置，包括设置在第一支架和第三支架上的两个，所述加热装置用于向内过滤网进行均匀加热；

空气颗粒物浓度检测装置，安装在装置外壳上，用于实时检测设备所处环境中空气颗粒物的大小以及相应浓度；

温度检测装置，用于实时检测内过滤网的温度；

角度检测装置，集成在所述电动推杆的电机中，实时检测电机旋转角；

系统控制板，与所述电机驱动器、空气颗粒物浓度检测装置、温度检测装置以及角度检测装置信号连接。

所述内过滤网的丝线方向和外过滤网的丝线方向垂直，形成均布的方形筛孔。

所述外壳包括上盖板、下盖板，上盖板和下盖板通过螺栓连接，下盖板设有长圆形安装孔，通过螺栓直接安装于设备上。

所述内过滤网的记忆起始形状对应最小开孔率状态。

所述热致型形状记忆聚合物为交联聚乙烯（pe）、pe/尼龙-6的接枝共聚物、反式-1，4-聚异戊二烯(tpi)、交联乙烯－醋酸乙烯共聚物、苯乙烯基聚合物、丙烯酸酯聚合物、聚降冰片烯、交联聚环辛烯、环氧基聚合物、硫代烯基聚合物、聚氨酯共聚物等中的一种或多种；

所述热致型形状记忆聚合物的玻璃化转变温度高于设备的使用温度、环境温度。

所述电动推杆中的电机为步进电机。

所述加热装置为非接触式红外加热板。

所述空气颗粒物浓度检测装置为数字式通用颗粒物浓度传感器。

所述温度检测装置为非接触式红外线温度传感器。

一种基于所述基于形状记忆聚合物的智能调节开孔率的过滤装置的工作方法，包括以下几个步骤：

第一步，选择防护等级，根据安装该装置的设备的使用要求，由操作者通过按钮选择相应的防护等级，每一防护等级对应固定的空气颗粒物粒径值，即不允许粒径大于该值的颗粒物浸入设备；

第二步，过滤网开孔率初始化，装置中滤网的初始孔径须等于防护等级所对应的颗粒物粒径值，根据过滤网的初始孔径值确定电动推杆的位移，控制系统通过继电器模块控制红外加热装置工作，由温度检测装置实时检测并反馈内过滤网的温度数据，当内过滤网温度达到形状记忆聚合物的玻璃化转变温度时，电机驱动器驱动电动推杆缩回，第一支架带动与其连接的内过滤网发生形变，此时处于高弹态的内过滤网丝线被拉伸，直径变小，筛孔变大，达到了增加开孔率的目的；该过程中，由角度检测装置实时检测电动推杆中电机所转过的角度数据，将电动推杆的位移反馈至系统控制板，当位移到达设定值时，系统控制板通过继电器模块控制电动推杆和加热装置停止工作，电动推杆的自锁能力维持滤网形变的外力，直至温度检测装置检测到滤网冷却至玻璃化转变温度之下，此时滤网转化为玻璃态，保持了被拉伸的形状；

第三步，实时调控滤网开孔率，根据空气颗粒物浓度检测装置的实时检测结果，当空气颗粒物粒径变化时，随时调整过滤网的孔径，进而调节阻力系数，兼顾设备的防尘要求和散热性能，

当空气颗粒物粒径变小，小于所选防护等级对应的粒径值时，系统判定适当增大滤网开孔率以达到增强散热的目的；

当空气颗粒物粒径变大，大于防护等级对应的粒径值时，系统减小滤网开孔率以保证设备的防尘要求。

本发明技术方案的优点主要体现在：

第一．本装置可直接安装于待用设备上，作为系统的过滤装置，安装方便，适用范围广。针对不同设备，只需在使用前人为选择设备相应的防护等级，系统自动初始化滤网开孔率后即可投入使用，能满足三种防护等级要求。

第二．本装置根据设备的工作环境中空气颗粒物粒径的变化智能调节滤网的开孔率，在满足防尘要求的情况下，最大限度地降低阻力系数，提高系统的散热性能。

第三．本装置采用的热致型形状记忆聚合物作为滤网材料，具有可恢复变形量大、生产成本低、易加工成型、耐腐蚀等优点，使用寿命长，且可随时拆卸更换，维护成本低。

附图说明

图1是本发明装置的整体外形图；

图2是图1的俯视图；

图3是卸下上盖板后的俯视图；

图4是卸下上盖板后a-a截面的剖视图；

图5是过滤网开孔率最大时装置极限位置的俯视图；

图6为过滤网开孔率最小和最大状态的对比图；

图7是该装置的控制电路原理图；

图8是本发明装置的工作流程图。

其中，1为上盖板，2为下盖板，3为数字式通用颗粒物浓度传感器，4为第二支架,5为滑轨，6为滑块，7为紧定螺钉，8为角码，9为第三支架,10为非接触式红外加热板，11为第四支架，12为非接触式红外线温度传感器，13为温度传感器安装支架，14为第一支架，15为第五支架,16为螺栓，17为电动推杆，18为系统控制板，19为电机驱动器，20为外过滤网，21为内过滤网。

具体实施方式

下面结合具体实施例以及说明书附图对本发明的技术方案做更详细的描述。

如图1和图2所示，装置外壳包括上盖板1和下盖板2，下盖板设有长圆安装孔，可通过螺栓安装于设备上。数字式通用颗粒物浓度传感器3通过螺钉安装在下盖板2上；

如图3所示，支架机构主要由铝合金型材和直角角码组装而成，第一支架14为可移动支架，第二支架4、第三支架9、第四支架11、第五支架15均为固定支架。

如图4所示，第一支架、第二支架、第三支架、第四支架内侧均开有“l”型通槽，用于安装内过滤网21、外过滤网20，每个安装槽都开有2个螺纹孔，由紧定螺钉7固定内过滤网和外过滤网的位置，第二支架4、第四支架11通过螺钉连接滑轨5，第一支架14与滑轨5上的两滑块6通过螺栓连接，可在水平方向往复运动；

如图4所示，内过滤网21安装在第一支架14、第三支架9之间，外过滤网20安装在第二支架4、第四支架11之间，内过滤网21和外过滤网20的丝线方向垂直布置，形成均布的方形筛孔；

如图3所示为装置的初始位置，此时滤网的开孔率最小，如图6(a)所示；电动推杆收缩，滑块6左移，如图5所示，滑块6到达滑轨5的最左端，此时滤网的开孔率最大，如图6(b)所示；图6反应了该装置滤网的开孔率变化范围。

如图7所示，该装置的空气颗粒物浓度检测装置、温度检测装置、旋转编码器分别将空气质量、滤网温度、电动推杆位移数据反馈至控制系统，实现闭环控制。

本发明还公开了一种基于形状记忆聚合物的智能调节开孔率的过滤装置的调节方法，具体实施过程包括以下几个步骤：

第一步，选择防护等级。根据安装该装置的设备的使用要求，由操作者通过按动按钮选择相应的防护等级，每一防护等级对应固定的空气颗粒物粒径值，即不允许粒径大于该值的颗粒物浸入设备。

第二步，过滤网开孔率初始化。内过滤网21和外过滤网20组成的过滤网的初始孔径须等于防护等级所对应的颗粒物粒径值，根据过滤网的初始孔径值确定电动推杆17的位移，系统控制板18通过继电器模块控制红外加热板10开始工作，由温度传感器12实时检测并反馈滤网的温度数据，当内过滤网21温度达到形状记忆聚合物的玻璃化转变温度时，电机驱动器19驱动电动推杆17缩回推杆，第一支架14带动与其连接的内过滤网21发生形变，此时处于高弹态的内过滤网21被拉伸，直径变小，筛孔则相应变大，达到了增加开孔率的目的。该过程中，由旋转编码器实时检测步进电机所转过的角度数据，从而反馈电动推杆17的位移，当位移到达设定值时，系统控制板18通过继电器模块控制电动推杆17和红外加热板10停止工作。由电动推杆17的自锁能力维持内过滤网21形变的外力，直至温度传感器12检测到内过滤网21冷却至玻璃化转变温度之下，此时内过滤网21转化为玻璃态，保持了被拉伸的形状。

第三步，实时调控滤网开孔率。根据空气颗粒物浓度检测装置3的实时检测结果，当空气颗粒物粒径变化时，该装置可随时调节过滤网孔径，进而调节阻力系数，兼顾设备的防尘要求和散热性能。当空气颗粒物粒径变小，小于所选防护等级对应的粒径值时，红外加热板10将内过滤网21加热到玻璃化温度以上，控制系统控制电动推杆17缩回相应位移，适当增大过滤网开孔率以达到增强散热的目的；当空气颗粒物粒径变大，大于防护等级对应的粒径值时，红外加热板10将内过滤网21加热到玻璃化温度以上，控制系统控制电动推杆17伸出相应位移，及时减小滤网开孔率以保证设备的防尘要求。