CN101716550B - 一种微球分离方法与筛选系统 - Google Patents

Abstract

一种微球分离方法与筛选系统，适合于对靶丸进行筛选分离。该方法采用静片与动片组成窄缝，在窄缝底部喷射脉冲水流，在水流的周期性启停扰动作用下驱动微球分散并通过窄缝，防止微球堵塞窄缝，通过调节窄缝宽度大小实现不同直径范围的微球筛选。该系统包括窄缝单元、窄缝设定与测量单元、微球扰动装置、升降装置、数据采集及控制单元。本发明具有以下优点：采用窄缝筛选微球的方法提高了微球筛选效率；采用脉冲水流方法充分驱散微球并通过窄缝，保证了微球筛选质量；采用高精度工作台带动动片，确保了微球筛选精度；整个系统由计算机软件界面控制，各种参数修改直观容易，操作简单。

Description

一种微球分离方法与筛选系统

技术领域

本发明涉及对微球快速精确的分离方法研究并设计筛选系统，属于靶丸筛选领域。

背景技术

激光惯性约束聚变(Inertial Confinement Fusion，ICF)是实现热核聚变的技术手段之一，对于人类的能源有着深远的意义，在这种反应中需要大量的靶丸(即说明书里所述的微球)。在制作靶丸之前，必须对批量生产出的球壳进行筛选，剔除劣质球，选出优质球，然后对拟用作靶丸的球再逐个进行参数测量以挑选出几何参数一致、能用于制靶的球壳。为了得到合格的靶丸，初期的制靶量非常大，如果采用人工方法分离，其工作量之大、困难之多，令人难以承受。且靶丸具有粘性强，易聚团，直径很小，不便于观察与计数，且分布范围广(直径分布约为100～400μm)，分离精度要求高(1μm之内)，结构脆弱等特点，对操作提出了更高的要求，此外，需要采用批处理的措施，对分离速度要求更高。

目前国内外对靶丸的处理以测量居多，而具体的分离技术偏少，如美国通用原子公司(General Atomics)R.B.Stephens等人于1995年发展了基于X射线照相，利用计算机软件对多层球X光图像进行分析，获取多层球壁厚数据，实现了微球壁厚的非破坏性测量，其特点是测量精度可达0.3μm。中国工程物理研究院核物理与化学研究所将图像处理系统与Leitez干涉显微镜和TM-50显微镜连接，将离线测量转变为在线测量。此外，有扫描电子显微镜(SEM)法、X射线法以及利用原子力显微镜(AFM)等测量靶球表面形貌的方法，这种方法的优点是精度高，但费时费力，而且筛选效率低。如果做成过滤网形式可以在一个平面上同时进行分离，速度快，但是由于筛孔本身精度太低，且提高精度没有空间。

但是单纯依靠靶丸自由上浮会导致靶丸聚团，全部聚集在窄缝下部，需要设法驱散靶丸并加快分离速度。采用诸如超声振荡等振荡方式并不能将靶丸从瓶壁移开，靶丸仍在原来的位置附近聚团振动。采用诸如磁力搅拌器带动搅拌子搅拌工作液体等搅动方式，如果不添加隔离网，直接把靶丸放在容器里，虽能很好的分离，但是搅拌子对靶丸的破坏性很大，若加上目数比靶丸略小的隔离网，将靶丸放在网面上，搅拌子在网面下搅动，在搅拌子转速较低时，上层液体几乎不流动，当搅拌子的转速逐渐增大时，网面下水流形成漩涡，网面与漩涡水流形成中空，上层液体由于网面的隔断因素，任然几乎不流动，靶丸既不上浮也不分散，任然粘附在网面上。

发明内容

本发明的目的是提出一种筛选微球的方法并设计一套筛选系统，该系统采用窄缝筛选原理，提高了微球筛选效率，降低了微球筛选工作强度；采用脉冲水流筛选方式，在水压与水流周期性反复启停和上下扰动下，驱使微球分散并通过窄缝，防止微球被破坏，保证了微球筛选质量；采用高精度工作台提高窄缝的精度与可调节性，从而能对各种尺寸的微球进行精确筛选，确保了微球筛选精度；采用计算机自动控制，操作简单方便。

本发明的技术方案如下：

一种微球分离方法，其特征在于：该方法采用静片与动片组成窄缝，在窄缝底部喷射脉冲水流，在水流的周期性启停扰动的作用下驱动微球分散并通过窄缝，防止微球堵塞窄缝，并通过调节窄缝宽度大小实现不同直径范围的微球筛选。

一种所述分离方法的微球筛选系统，其特征在于：该系统包括窄缝单元、窄缝设定与测量单元、微球扰动装置和数据采集及控制单元，所述的窄缝单元包括分离容器、静片、动片、收集网和连接板，所述的静片、动片和收集网设置在分离容器内部，所述的连接板设置在分离容器的下部，静片与动片之间形成窄缝，连接板的中间设有倒漏斗的空腔，分离容器与连接板之间设有连通孔，所述的空腔的上部与窄缝相连通；窄缝设定与测量单元包括工作台和窄缝显示器件，所述的窄缝显示器件通过USB数据线与数据采集及控制单元相连接，动片固定在工作台上，窄缝显示器件与动片的后端面紧密接触；微球扰动装置由外部容器、内部容器、细水管和分离网组成，内部容器上端放置分离网，内部容器和细水管相连通。

所述的微球筛选系统，其特征在于：该系统还包括升降装置，所述的微球扰动装置安装在升降装置上。

所述的内部容器通过切向进水口与细水管相连通，所述的切向进水口采用三个。

所述的数据采集及控制单元包括微处理器、水流控制模块、升降模块和计算机，所述的微处理器与计算机通过RS232进行通信；所述的水流控制模块包括继电器、第一电磁阀、第二电磁阀和齿轮泵，所述的继电器由微处理器提供信号，分别控制第一电磁阀、第二电磁阀和齿轮泵进行水流调节；所述的升降模块由微处理器提供信号，控制步进电机，步进电机带动升降台；所述的窄缝设定与测量单元通过USB数据线与计算机连接。

本发明与现有技术相比，具有以下优点即突出性效果：一、采用窄缝筛选微球的方法提高了微球筛选效率，降低了微球筛选工作强度；二、采用脉冲水流方法充分驱散微球并通过窄缝，防止微球粘附聚团与被破坏，保证了微球筛选质量；三、采用高精度工作台带动窄缝动片，窄缝显示单元实时显示窄缝宽度，通过窄缝的微球尺寸与窄缝宽度相对应，确保微球筛选精度；四、整个系统由计算机软件界面控制，各种参数修改直观容易，操作简单。

附图说明：

图1本发明的筛选原理图。

图2是本发明的脉冲水流量-时间关系示意图。

图3是本发明窄缝单元结构示意图(正视图)。

图4是本发明窄缝设定与测量单元结构示意图(正视图)。

图5是本发明微球扰动装置结构示意图(正视图)。

图6是本发明微球扰动装置结构示意图(俯视图)。

图7是本发明升降装置结构图(正视图)。

图8是本发明系统结构示意图(正视图)。

图9是本发明数据采集及控制单元框图。

图10是本发明水流控制模块逻辑框图。

图11是本发明水流控制模块结构示意图(正视图)。

图12是本发明微处理器主程序与中断定时程序单元逻辑框图。

图13是本发明计算机程序初始化与程序控制逻辑框图。

图中：1-工作台；2-窄缝显示器件；3-静片；4-动片；5-窄缝；6-分离容器；7-外部容器；8-升降台；9-第一电磁阀；10-第二电磁阀；11-齿轮泵；12-收集网；13-连接板；14-连通孔；15-细水管；16-内部容器；17-分离网；18-升降台台面；19-步进电机；20-控制电路；21-开关电源；22-方盒；23-支撑底座；24-工作台控制器；25-固定夹；26-空腔。

具体实施方式

下面结合图例对本发明提供的微球分离方法与筛选系统的原理、系统结构和分离实施步骤做进一步的说明。

微球分离方法采用窄缝筛选微球的原理(如图1所示)，该方法采用静片3与动片4组成窄缝5，在窄缝5底部喷射脉冲水流，在水流的周期性启停扰动的作用下驱动微球分散并通过窄缝，防止微球堵塞窄缝，并通过调节窄缝宽度大小实现不同直径范围的微球筛选。即通过采用静片3与可调节动片4形成窄缝5来筛选放置在分离网17上的大量微球，为了加速分离，并防止微球堵塞窄缝和微球被破坏，在窄缝5底部设置细水管15喷射脉冲水流，每个脉冲水流的间歇时间与工作时间可以重新设定，脉冲水流量-时间关系如图2所示。

一种微球分离筛选系统包括窄缝单元、窄缝设定与测量单元、微球扰动装置、升降装置、数据采集及控制单元。如图3所示为本发明窄缝单元结构示意图，该单元包括分离容器6、静片3、动片4、收集网12和连接板13，所述的静片3、动片4和收集网12设置在分离容器6内部，所述的连接板13设置在分离容器6的下部，静片3与动片4之间形成窄缝5，连接板13的中间设有倒漏斗的空腔26，分离容器6与连接板13之间设有连通孔14，所述空腔26的上部与窄缝5相连通，分离后的水流在空腔26内能透过收集网12经连通孔14流出，分离后的微球留在收集网12内，水流流动方向见图3箭头所示；如图4所示为本发明窄缝设定与测量单元示意图，该单元包括工作台1和窄缝显示器件2，所述的窄缝显示器件2通过USB数据线与数据采集及控制单元相连接，动片4固定在工作台1上，窄缝显示器件2与动片4的后端面紧密接触；如图5与图6所示为本发明微球扰动装置结构示意图，该装置由外部容器7、内部容器16、细水管15、分离网17组成，所述的内部容器16设有三个切向进水口，切向进水口与细水管15相连通并与内部容器16导通，内部容器16上端放置分离网17，水流流动方向见图5与图6中箭头示意；如图7所示为本发明升降装置结构图，升降台8由步进电机19带动，所述的微球扰动装置通过升降台台面18安装在升降装置上；如图8所示为本发明系统结构示意图，所述的升降装置上升带动微球扰动装置使其内部容器16上端的分离网17通过密封圈与窄缝单元的连接板13紧密接触，通过窄缝设定与测量单元可以进行窄缝宽度大小设定与测量，系统控制电路20和开关电源21安装在方盒22内部，工作台控制器24通过数据线与工作台1连接；如图9所示为本发明数据采集及控制单元框图，该单元包括微处理器、水流控制模块、升降模块和计算机，微处理器提供信号给水流控制模块和升降模块，最终系统由计算机软件控制；如图10所示为本发明水流控制模块逻辑框图，该模块包括三个继电器、第一电磁阀9、第二电磁阀10和齿轮泵11，所述的继电器由微处理器提供信号，分别控制第一电磁阀9、第二电磁阀10和齿轮泵11进行水流调节，产生脉冲水流与冲洗水流；如图11所示为本发明水流控制模块结构示意图，该结构包括第一电磁阀9、第二电磁阀10和齿轮泵11，产生的脉冲水流与冲洗水流流动方向见图11中箭头示意，脉冲水流经过所述微球扰动装置的细水管15到达外部容器7，然后进入内部容器16，进行微球筛选，冲洗水流直接对窄缝单元和微球扰动装置进行冲洗；升降模块由微处理器提供信号，控制步进电机19，步进电机19带动升降台8；窄缝设定与测量单元通过USB数据线与计算机连接；如图12所示为本发明微处理器信号驱动主程序与中断定时程序单元逻辑框图，中断定时程序单元设有步进电机19正转模块、步进电机19反转模块、定时器计数模块；如图13所示为本发明计算机程序初始化与程序控制逻辑框图，程序初始化主要完成窄缝5闭合、工作台1运动数据置零、窄缝显示器件2数据置零和控制电路20串口初始化，控制部分主要完成窄缝5设置、窄缝测量显示、升降台8上升、微球筛选、升降台8下降和冲洗。

一种微球分离方法采用如下实施步骤：放置微球在分离网17上；启动计算机软件，窄缝设定与测量单元开始工作，窄缝5自动回参考位闭合；软件控制升降装置上升，微球扰动装置的内部容器16通过密封圈与连接板13紧密结合；设定筛选窄缝宽度，工作台1带动动片4开始运动，窄缝显示器件2实时测量，直到所需窄缝宽度；启动水流控制模块，注入脉冲水流，开始筛选；收集网12收集筛选出的微球；启动升降装置让升降台8下降到底部参考位；注入水流清洗窄缝单元和微球扰动装置。

Claims (4)

1.一种微球分离方法，其特征在于：该方法采用静片(3)与动片(4)组成窄缝(5)，在窄缝(5)底部喷射脉冲水流，在水流的周期性启停扰动的作用下驱动微球分散并通过窄缝(5)，防止微球堵塞窄缝，并通过调节窄缝宽度大小实现不同直径范围的微球筛选；

所述方法采用的微球分离系统包括窄缝单元、窄缝设定与测量单元、微球扰动装置和数据采集及控制单元；所述的窄缝单元包括分离容器(6)、静片(3)、动片(4)、收集网(12)和连接板(13)，所述的静片(3)、动片(4)和收集网(12)设置在分离容器(6)内部，所述的连接板(13)设置在分离容器(6)的下部，静片(3)与动片(4)之间形成窄缝(5)，连接板(13)的中间设有倒漏斗的空腔(26)，分离容器(6)与连接板(13)之间设有连通孔(14)，所述的空腔(26)的上部与窄缝(5)相连通；窄缝设定与测量单元包括工作台(1)和窄缝显示器件(2)，所述的窄缝显示器件(2)通过USB数据线与数据采集及控制单元相连接，动片(4)固定在工作台(1)上，窄缝显示器件(2)与动片(4)的后端面紧密接触；微球扰动装置由外部容器(7)、内部容器(16)、细水管(15)和分离网(17)组成，内部容器上端放置分离网(17)，内部容器(16)和细水管(15)相连通。

2.按照权利要求1所述的一种微球分离方法，其特征在于：微球分离系统还包括升降装置，所述的微球扰动装置放置在升降装置上。

3.按照权利要求1所述的一种微球分离方法，其特征在于：所述的内部容器(16)通过切向进水口与细水管(15)相连通，所述的切向进水口采用三个。

4.按照权利要求1所述的一种微球分离方法，其特征在于：所述的数据采集及控制单元包括微处理器、水流控制模块、升降模块和计算机，所述的微处理器与计算机通过RS232进行通信；所述的水流控制模块包括三个继电器、第一电磁阀(9)、第二电磁阀(10)和齿轮泵(11)，所述的三个继电器由微处理器提供信号，分别控制第一电磁阀(9)、第二电磁阀(10)和齿轮泵(11)进行水流调节；所述的升降模块由微处理器提供信号，控制步进电机(19)，步进电机带动升降台(8)；所述的窄缝设定与测量单元通过USB数据线与计算机连接。

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