CN109774156A - 一种生物3d打印机喷头速度监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种生物3D打印机喷头速度监测系统，利用打印机喷头部分、打印机混合部分、打印机供料部分、速度传感器、中央处理装置、信号处理模块、显示装置、存储装置、打印机控制系统、速度运算部、报警装置、无线传输装置以及远程监测端对生物3D打印机喷头作业时的速度进行有效、高精度监测，该系统结构简单，设计合理，并通过无线通讯技术，将监测数据传输至远程监测端，能通过远程监测端远程获知物3D打印机喷头作业时的速度，其中，信号处理模块对速度传感器采集的速度信号依次进行信号放大和信号滤波处理，能够大大提高速度检测的精度。

Description

一种生物3D打印机喷头速度监测系统

技术领域

本发明涉及智能测试领域，尤其涉及一种生物3D打印机喷头速度监测系统。

背景技术

3D打印作为快速成型技术，它是一种以数字模型文件为基础，运用金属、塑料、陶瓷等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术，常用于模具、模型的制造，但随着3D打印技术在工业领域的快速发展，已经广泛应用于珠宝、鞋类、工业设计、建筑、工程施工、汽车、航空航天、牙科和医疗产业等领域。

而生物3D打印是利用3D打印离散/堆积成型的基本原理和方法，形成所需的具有生物活性的植入物、细胞三维结构或人工组织器官等。3D生物打印机是一种能够在数字三维模型驱动下，按照增材制造原理定位装配生物材料或细胞单元，制造医疗器械、组织工程支架和组织器官等制品的装备。

对于生物3D打印机而言，由于生物3D打印机喷头在打印作业时，其速度与振动成正比，也就是说，生物3D打印机喷头作业速度过快会造成打印成型物体的偏差/精度不高，但是，目前市场上未有在生物3D打印机喷头作业时对其速度进行有效、高精度监控的装置。

因此，亟需提供一种生物3D打印机喷头速度监测系统。

发明内容

因此，为了克服上述问题，本发明提供一种生物3D打印机喷头速度监测系统，利用打印机喷头部分、打印机混合部分、打印机供料部分、速度传感器、中央处理装置、信号处理模块、显示装置、存储装置、打印机控制系统、速度运算部、报警装置、无线传输装置以及远程监测端对生物3D打印机喷头作业时的速度进行有效、高精度监测，其中，速度传感器设置于生物3D打印机喷头侧，能够精确感知生物3D打印机喷头的速度，该系统结构简单，设计合理，并通过无线通讯技术，将监测数据传输至远程监测端，能通过远程监测端远程获知物3D打印机喷头作业时的速度，其中，信号处理模块对速度传感器采集的速度信号依次进行信号放大和信号滤波处理，能够大大提高速度检测的精度。

本发明提供的生物3D打印机喷头速度监测系统包括打印机喷头部分、打印机混合部分、打印机供料部分、速度传感器、中央处理装置、信号处理模块、显示装置、存储装置、打印机控制系统、速度运算部、报警装置、无线传输装置以及远程监测端。

其中，打印机喷头部分包括喷头主体和位于喷头主体下方的喷头部，打印机混合部分包括位于喷头主体上方的混合部、位于混合部上方的动力提供部以及位于混合部内部的搅拌器，打印机供料部分包括供料管道和精密进料控制阀，供料管道用于将不同的原料输送至混合部内部进行混合，精密进料控制阀设置于供料管道上，精密进料控制阀用于控制供料管道输送原料的速度，搅拌器用于将混合部内部的原料混合均匀，动力提供部为搅拌器提供动力，搅拌器将混合部内部的原料混合均匀后将原料传输至喷头主体，喷头主体在将原料传输至喷头部，由喷头部根据中央处理装置的控制信号进行3D打印。

其中，速度传感器设置于喷头部侧，用于监测喷头部的在进行3D打印时的速度信号，并将采集的速度信号传输至信号处理模块，信号处理模块对接收到的速度信号进行信号处理后传输至中央处理装置，打印机控制系统的信号输出端与中央处理装置的输入端连接，工作人员通过打印机控制系统向中央处理装置输入所要打印物体的三维模型，中央处理装置根据接收到的三维模型向打印机喷头部分、打印机混合部分以及打印机供料部分输出控制信号，其中，中央处理装置与打印机供料部分内的供料管道和精密进料控制阀连接，中央处理装置控制打印机供料部分进行供料作业，中央处理装置控制精密进料控制阀对供料速度进行控制，中央处理装置与打印机混合部分内的动力提供部连接，中央处理装置控制动力提供部为搅拌器提供动力，以为混合部内的原料进行混合，中央处理装置与打印机喷头部分内的喷头主体连接，以控制喷头主体按照中央处理装置接收到的三维模型开始3D打印作业，中央处理装置将接收到的速度信号传输至速度运算部，速度运算部将接收到的速度信号与预设速度阈值进行比较，若速度运算部接收到的速度信号大于预设速度阈值，则速度运算部输出高电平信号，则报警装置在接收到高电平信号后进行报警，若速度运算部接收到的速度信号小于或等于预设速度阈值，则速度运算部输出低电平信号，则报警装置在接收到低电平信号后不进行报警，中央处理装置将接收到的速度信号传输至显示装置进行显示，中央处理装置将接收到的速度信号传输至存储装置进行存储，中央处理装置还将接收到的速度信号通过无线传输装置传输至远程监测端。

优选的是，速度传感器设置于喷头部侧，用于监测喷头部的在进行3D打印时的速度信号，并将采集的速度信号传输至信号处理模块，信号处理模块对接收到的速度信号依次进行信号放大和信号滤波处理后传输至中央处理装置。

优选的是，速度传感器设置于喷头部侧，用于监测喷头部的在进行3D打印时的速度信号，将采集的速度信号转换为电压信号V0，并将电压信号V0传输至信号处理模块，V1为经过信号处理模块处理后的电压信号，信号处理模块包括信号放大单元和信号滤波单元，速度传感器的输出端与信号放大单元的输入端连接，信号放大单元的输出端与信号滤波单元的输入端连接，信号滤波单元的输出端与中央处理装置的输入端连接。

优选的是，信号放大单元包括集成运放A1-A2、三极管VT1-VT2和电阻R1-R14；

其中，速度传感器的输出端与电阻R1的一端连接，速度传感器的输出端还与三极管VT1的基极连接，电容C1的一端接地，电容C1的另一端与电阻R1的另一端连接，电容C1的另一端还与集成运放A1的同相输入端连接，电阻R2的一端与三极管VT1的集电极连接，电阻R2的另一端与电阻R8的一端连接，电阻R3的一端与三极管VT2的集电极连接，电阻R4的一端与-15V电源连接，三极管VT1的发射极与三极管VT2的发射极连接后与电阻R4的另一端连接，电阻R5的一端与电阻R6的一端连接，电阻R5的一端还与电阻R7的一端连接，电阻R5的另一端与集成运放A1的输出端连接，电阻R6的另一端与电阻R8的一端连接，电阻R7的另一端与集成运放A2的同相输入端连接，集成运放A2的反相输入端接地，电阻R8的另一端与集成运放A2的输出端连接，电阻R8的另一端还与电阻R9的一端连接，电阻R9的另一端与电阻R11的一端连接，电容C2和电阻R10并联后的一端与三极管VT2的基极连接，滑动电阻器R12的一端接地，电容C2和电阻R10并联后的一端与滑动变阻器R12的另一端连接，电容C2和电阻R10并联后的另一端与电阻R11的一端连接，电容C2和电阻R10并联后的另一端还与电阻R9的另一端连接，电阻R11的另一端与电阻R14的一端连接，电阻R14的另一端与电容C3的一端连接，电容C3的另一端接地，电阻R14的另一端还与集成运放A1的反相输入端连接，电阻R13的一端接地，电阻R11的另一端还电阻R13的另一端连接，电阻R9的另一端与信号滤波单元的输入端连接。

优选的是，信号滤波单元包括电阻R15-R28、电容C4-C15以及集成运放A3-A4；

其中，信号放大单元的输出端与电阻R15的一端连接，信号放大单元的输出端还与电容C4的一端连接，电阻R15的另一端与电阻R16的一端连接，电容C6的一端接地，电容C6的另一端与电阻R16的一端连接，电容C4的另一端与电容C5的一端连接，电容C5的另一端与电阻R16的另一端连接，电容C5的一端还与电阻R17的一端连接，电阻R17的另一端与集成运放A3的输出端连接，电阻R18的一端接地，电阻R18的另一端与电阻R16的另一端连接，电阻R18的另一端还与集成运放A3的同相输入端连接，电容C7的一端接地，电容C7的另一端也与集成运放A3的同相输入端连接，电阻R19和电容C8并联后的一端与集成运放A3的反相输入端连接，电阻R20的一端接地，电阻R20的另一端与电阻R19和电容C8并联后的一端连接，电阻R19和电容C8并联后的另一端与集成运放A3的输出端连接，电阻R21的一端与集成运放A3的输出端连接，电容C9的一端接地，电容C9的另一端与电阻R21的另一端连接，集成运放A3的输出端与电阻R22的一端连接，集成运放A3的输出端还与电容C10的一端连接，电阻R22的另一端与电阻R23的一端连接，电容C12的一端接地，电容C12的另一端与电阻R23的一端连接，电容C10的另一端与电容C11的一端连接，电容C11的另一端与电阻R23的另一端连接，电容C11的一端还与电阻R24的一端连接，电阻R24的另一端与集成运放A4的输出端连接，电阻R25的一端接地，电阻R25的另一端与电阻R23的另一端连接，电阻R25的另一端还与集成运放A4的同相输入端连接，电容C13的一端接地，电容C13的另一端也与集成运放A4的同相输入端连接，电阻R26和电容C14并联后的一端与集成运放A4的反相输入端连接，电阻R27的一端接地，电阻R27的另一端与电阻R26和电容C14并联后的一端连接，电阻R26和电容C14并联后的另一端与集成运放A4的输出端连接，电阻R28的一端与集成运放A4的输出端连接，电容C15的一端接地，电容C15的另一端与电阻R28的另一端连接，信号滤波单元与中央处理装置的ADC端口连接，信号滤波单元将处理后的电压信号V1传输至中央处理装置的ADC端口。

优选的是，搅拌器为带有叶片的搅拌轴。

优选的是，动力提供部为马达，马达为搅拌器提供动力。

优选的是，中央处理装置还包括一数据扩展端口，数据扩展端口用于根据用户需求增设监测传感器。

优选的是，报警装置为声光报警器。

优选的是，远程监测端为工作人员的手机。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

（1）本发明提供一种生物3D打印机喷头速度监测系统，利用打印机喷头部分、打印机混合部分、打印机供料部分、速度传感器、中央处理装置、信号处理模块、显示装置、存储装置、打印机控制系统、速度运算部、报警装置、无线传输装置以及远程监测端对生物3D打印机喷头作业时的速度进行有效、高精度监测，其中，速度传感器设置于生物3D打印机喷头侧，能够精确感知生物3D打印机喷头的速度，该系统结构简单，设计合理，并通过无线通讯技术，将监测数据传输至远程监测端，能通过远程监测端远程获知物3D打印机喷头作业时的速度，其中，信号处理模块对速度传感器采集的速度信号依次进行信号放大和信号滤波处理，能够大大提高速度检测的精度。

（2）本发明提供的一种生物3D打印机喷头速度监测系统，本发明的发明点还在于由于速度传感器采集的信号为微弱的电压信号，因而信号放大单元通过集成运放A1-A2、三极管VT1-VT2和电阻R1-R14对速度传感器输出的电压V0进行放大处理，由集成运放A1-A2、三极管VT1-VT2和电阻R1-R14构成的信号放大单元只有0.1μV/℃的漂移、2μV以内的偏移、100pA偏置电流和0.1Hz到10Hz宽带内10nV的噪声。其中，信号滤波单元使用电阻R15-R28、电容C4-C15以及集成运放A3-A4对经过放大后的电压信号进行低通滤波处理，从而提高了速度检测的精度。

附图说明

图1为本发明的生物3D打印机喷头速度监测系统的结构图；

图2为本发明的生物3D打印机喷头速度监测系统的示意图；

图3为本发明的信号处理模块的电路图。

附图标记：

1-打印机喷头部分；2-喷头主体；3-喷头部；4-打印机混合部分；5-混合部；6-动力提供部；7-搅拌器；8-供料管道；9-精密进料控制阀；10-打印机供料部分；11-速度传感器；12-中央处理装置；13-信号处理模块；14-显示装置；15-存储装置；16-打印机控制系统；17-速度运算部；18-报警装置；19-无线传输装置；20-远程监测端。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明提供的生物3D打印机喷头速度监测系统进行详细说明。

如图1所示，本发明提供的生物3D打印机喷头速度监测系统包括打印机喷头部分1、打印机混合部分4、打印机供料部分10、速度传感器11、中央处理装置12、信号处理模块13、显示装置14、存储装置15、打印机控制系统16、速度运算部17、报警装置18、无线传输装置19以及远程监测端20。

其中，打印机喷头部分1包括喷头主体2和位于喷头主体2下方的喷头部3，打印机混合部分4包括位于喷头主体2上方的混合部5、位于混合部5上方的动力提供部6以及位于混合部5内部的搅拌器7，打印机供料部分10包括供料管道8和精密进料控制阀9，供料管道8用于将不同的原料输送至混合部5内部进行混合，精密进料控制阀9设置于供料管道8上，精密进料控制阀9用于控制供料管道8输送原料的速度，搅拌器7用于将混合部5内部的原料混合均匀，动力提供部6为搅拌器7提供动力，搅拌器7将混合部5内部的原料混合均匀后将原料传输至喷头主体2，喷头主体2在将原料传输至喷头部3，由喷头部3根据中央处理装置12的控制信号进行3D打印。

其中，速度传感器11设置于喷头部3侧，用于监测喷头部3的在进行3D打印时的速度信号，并将采集的速度信号传输至信号处理模块13，信号处理模块13对接收到的速度信号进行信号处理后传输至中央处理装置12，打印机控制系统16的信号输出端与中央处理装置12的输入端连接，工作人员通过打印机控制系统16向中央处理装置12输入所要打印物体的三维模型，中央处理装置12根据接收到的三维模型向打印机喷头部分1、打印机混合部分4以及打印机供料部分10输出控制信号，其中，中央处理装置12与打印机供料部分10内的供料管道8和精密进料控制阀9连接，中央处理装置12控制打印机供料部分10进行供料作业，中央处理装置12控制精密进料控制阀9对供料速度进行控制，中央处理装置12与打印机混合部分4内的动力提供部6连接，中央处理装置12控制动力提供部6为搅拌器7提供动力，以为混合部5内的原料进行混合，中央处理装置12与打印机喷头部分1内的喷头主体2连接，以控制喷头主体2按照中央处理装置12接收到的三维模型开始3D打印作业，中央处理装置12将接收到的速度信号传输至速度运算部17，速度运算部17将接收到的速度信号与预设速度阈值进行比较，若速度运算部17接收到的速度信号大于预设速度阈值，则速度运算部17输出高电平信号，则报警装置18在接收到高电平信号后进行报警，若速度运算部17接收到的速度信号小于或等于预设速度阈值，则速度运算部17输出低电平信号，则报警装置18在接收到低电平信号后不进行报警，中央处理装置12将接收到的速度信号传输至显示装置14进行显示，中央处理装置12将接收到的速度信号传输至存储装置15进行存储，中央处理装置12还将接收到的速度信号通过无线传输装置19传输至远程监测端20。

上述实施方式中，利用打印机喷头部分1、打印机混合部分4、打印机供料部分10、速度传感器11、中央处理装置12、信号处理模块13、显示装置14、存储装置15、打印机控制系统16、速度运算部17、报警装置18、无线传输装置19以及远程监测端20对生物3D打印机喷头作业时的速度进行有效、高精度监测，其中，速度传感器设置于生物3D打印机喷头侧，能够精确感知生物3D打印机喷头的速度，该系统结构简单，设计合理，并通过无线通讯技术，将监测数据传输至远程监测端20，能通过远程监测端20远程获知物3D打印机喷头作业时的速度，其中，信号处理模块对速度传感器11采集的速度信号依次进行信号放大和信号滤波处理，能够大大提高速度检测的精度。

其中，中央处理装置12选用低功耗8位微处理器Atmega128，该芯片硬件资源丰富，具有低功耗、功能多、价格便宜和性能强大等优点，Atmega128自身带有128K字节Flash存储器，同时带有4K字节的EEPROM存储器，速度传感器11采集的数据直接存放在EEPROM存储器中，Atmega128内部的ADC端口具有8个通道，每通道的分辨率为10bit，输入电压范围为0~5V，能够满足监测数据巡回采集的需要，同时也无需另加AD转换器件，简化了外围电路设计，降低了成本。

具体地，显示装置14为LCD显示单元，其中，LCD显示单元为20pinLCD1286HZ。

上述实施方式中，LCD显示单元采用3.3V电压供电，以便于与微处理器Atmega128的I/O口电平匹配，LCD显示单元与微处理器Atmega128的接口采用串行接口进行通信。

无线传输装置19为WiFi模块，WiFi作为一种无线联网技术，最主要的优势在于不需要布线，不受布线条件的限制，因此特别适合移动办公用户的需要，WiFi模块采用VT6656模块实现数据的远程传输，VT6656模块内嵌TCP/IP协议线，降低了设计的难度，同时大大提高了Atmega128处理其他数据的能力，VT6656与Atmega128的连接非常简单，二者可以通过标准的USB接口直接相连，VT6656模块采用54Mbps标准的802.11g无线以太网访问，比基于802.11b协议的快5倍，采用USB2.0接口最高比USB1.0接口快40倍，新的天线技术支持更远距离的无线访问，支持所有标准的821.11g和802.11b无线路由器及接入点，支持64/128/256位WEP加密，支持WPA/WPA2、WPA-PSK/WPA2-PSK等高级加密与安全机制。

其中，显示装置14和存储装置15位于监控室内，中央处理装置12将测得的速度数据传输至显示器14和存储器15。存储器15还包括一USB接口，工作人员能够通过该USB接口读取存储于存储器15内的数据。

具体地，速度传感器11设置于喷头部3侧，用于监测喷头部3的在进行3D打印时的速度信号，并将采集的速度信号传输至信号处理模块13，信号处理模块13对接收到的速度信号依次进行信号放大和信号滤波处理后传输至中央处理装置12。

具体地，速度传感器11设置于喷头部3侧，用于监测喷头部3的在进行3D打印时的速度信号，将采集的速度信号转换为电压信号V0，并将电压信号V0传输至信号处理模块13，V1为经过信号处理模块13处理后的电压信号，信号处理模块13包括信号放大单元和信号滤波单元，速度传感器11的输出端与信号放大单元的输入端连接，信号放大单元的输出端与信号滤波单元的输入端连接，信号滤波单元的输出端与中央处理装置12的输入端连接。

具体地，信号放大单元包括集成运放A1-A2、三极管VT1-VT2和电阻R1-R14。

其中，速度传感器11的输出端与电阻R1的一端连接，速度传感器11的输出端还与三极管VT1的基极连接，电容C1的一端接地，电容C1的另一端与电阻R1的另一端连接，电容C1的另一端还与集成运放A1的同相输入端连接，电阻R2的一端与三极管VT1的集电极连接，电阻R2的另一端与电阻R8的一端连接，电阻R3的一端与三极管VT2的集电极连接，电阻R4的一端与-15V电源连接，三极管VT1的发射极与三极管VT2的发射极连接后与电阻R4的另一端连接，电阻R5的一端与电阻R6的一端连接，电阻R5的一端还与电阻R7的一端连接，电阻R5的另一端与集成运放A1的输出端连接，电阻R6的另一端与电阻R8的一端连接，电阻R7的另一端与集成运放A2的同相输入端连接，集成运放A2的反相输入端接地，电阻R8的另一端与集成运放A2的输出端连接，电阻R8的另一端还与电阻R9的一端连接，电阻R9的另一端与电阻R11的一端连接，电容C2和电阻R10并联后的一端与三极管VT2的基极连接，滑动电阻器R12的一端接地，电容C2和电阻R10并联后的一端与滑动变阻器R12的另一端连接，电容C2和电阻R10并联后的另一端与电阻R11的一端连接，电容C2和电阻R10并联后的另一端还与电阻R9的另一端连接，电阻R11的另一端与电阻R14的一端连接，电阻R14的另一端与电容C3的一端连接，电容C3的另一端接地，电阻R14的另一端还与集成运放A1的反相输入端连接，电阻R13的一端接地，电阻R11的另一端还电阻R13的另一端连接，电阻R9的另一端与信号滤波单元的输入端连接。

具体地，信号滤波单元包括电阻R15-R28、电容C4-C15以及集成运放A3-A4。

其中，信号放大单元的输出端与电阻R15的一端连接，信号放大单元的输出端还与电容C4的一端连接，电阻R15的另一端与电阻R16的一端连接，电容C6的一端接地，电容C6的另一端与电阻R16的一端连接，电容C4的另一端与电容C5的一端连接，电容C5的另一端与电阻R16的另一端连接，电容C5的一端还与电阻R17的一端连接，电阻R17的另一端与集成运放A3的输出端连接，电阻R18的一端接地，电阻R18的另一端与电阻R16的另一端连接，电阻R18的另一端还与集成运放A3的同相输入端连接，电容C7的一端接地，电容C7的另一端也与集成运放A3的同相输入端连接，电阻R19和电容C8并联后的一端与集成运放A3的反相输入端连接，电阻R20的一端接地，电阻R20的另一端与电阻R19和电容C8并联后的一端连接，电阻R19和电容C8并联后的另一端与集成运放A3的输出端连接，电阻R21的一端与集成运放A3的输出端连接，电容C9的一端接地，电容C9的另一端与电阻R21的另一端连接，集成运放A3的输出端与电阻R22的一端连接，集成运放A3的输出端还与电容C10的一端连接，电阻R22的另一端与电阻R23的一端连接，电容C12的一端接地，电容C12的另一端与电阻R23的一端连接，电容C10的另一端与电容C11的一端连接，电容C11的另一端与电阻R23的另一端连接，电容C11的一端还与电阻R24的一端连接，电阻R24的另一端与集成运放A4的输出端连接，电阻R25的一端接地，电阻R25的另一端与电阻R23的另一端连接，电阻R25的另一端还与集成运放A4的同相输入端连接，电容C13的一端接地，电容C13的另一端也与集成运放A4的同相输入端连接，电阻R26和电容C14并联后的一端与集成运放A4的反相输入端连接，电阻R27的一端接地，电阻R27的另一端与电阻R26和电容C14并联后的一端连接，电阻R26和电容C14并联后的另一端与集成运放A4的输出端连接，电阻R28的一端与集成运放A4的输出端连接，电容C15的一端接地，电容C15的另一端与电阻R28的另一端连接，信号滤波单元与中央处理装置12的ADC端口连接，信号滤波单元将处理后的电压信号V1传输至中央处理装置12的ADC端口。

上述实施方式中，信号处理模块13的噪声在10nV以内，漂移为0.1μV/℃，集成运放A1为LT1008，集成运放A2为LT1010，集成运放A3和A4均为LT1495运放，三极管VT1和VT2型号均为2N3866。

信号滤波单元为低通滤波器，零点在50Hz和60Hz，在零点处的陷波深度接近60dB，并且在直到1kHz处的阻带衰减是大于40dB的。

信号处理模块13是一种高速放大器，工作在很宽的增益范围内（通常为1-10），结合了LT1010和LT1008快速分立元件，VT1和VT2形成差动级，该级在LT1010结束。信号处理模块13的增益在0.5dB到10MHz范围内变化，频率为16MHz时，增益为-3dB。

通常VT1和VT2组合漂移很大，但LT1008对此进行了校正，信号处理模块13的滚降频率是由LT1008输入线路上的滤波器设置的。通过偏置VT2集电极的直流工作点，直流环路伺服控制漂移，使LT1008的输入之间的误差为零。

在信号处理模块13中，电阻R1的阻值为1MΩ，电阻R2的阻值为4KΩ，电阻R3的阻值为4KΩ，电阻R4为阻值为5.1KΩ，电阻R5的阻值为2KΩ，R6的阻值为8.2KΩ，电阻R7的阻值为5KΩ，电阻R8的阻值为4.7KΩ，电阻R9的阻值为1.5KΩ，电阻R10的阻值为900Ω，电阻R11的阻值为900Ω，电阻R12为最大阻值为1KΩ的滑动变阻器，电阻R13的阻值为9KΩ，电阻R14的阻值为1MΩ，C1的电容值为0.22pF，电容C2的电容值为5pF，电容C3的电容值为0.22pF，电阻R15的阻值为215KΩ，电阻R16的阻值为215KΩ，电阻R17的阻值为100KΩ，电阻R18的阻值为215KΩ，电阻R19的阻值为200KΩ，电阻R20的阻值为100KΩ，电阻R21的阻值为10KΩ, ，电阻R22的阻值为169KΩ，电阻R23的阻值为169KΩ，电阻R24的阻值为80.6KΩ，电阻R25的阻值为169KΩ，电阻R26的阻值为200KΩ，电阻R27的阻值为100KΩ，电阻R28的阻值为10KΩ，C4的电容值为15nF，电容C5的电容值为15nF，电容C6的电容值为30nF，电容C7的电容值为100nF，电容C8的电容值为10nF，电容C9的电容值为100nF，电容C10的电容值为15nF，电容C11的电容值为15nF，电容C12的电容值为30nF，电容C13的电容值为100nF，电容C14的电容值为10nF，电容C15的电容值为100nF。

由于速度传感器11采集的信号为微弱的电压信号，因而信号放大单元通过集成运放A1-A2、三极管VT1-VT2和电阻R1-R14对速度传感器11输出的电压V0进行放大处理，由集成运放A1-A2、三极管VT1-VT2和电阻R1-R14构成的信号放大单元只有0.1μV/℃的漂移、2μV以内的偏移、100pA偏置电流和0.1Hz到10Hz宽带内10nV的噪声。其中，信号滤波单元使用电阻R15-R28、电容C4-C15以及集成运放A3-A4对经过放大后的电压信号进行低通滤波处理，从而提高了速度检测的精度。

工作人员根据本发明提供的生物3D打印机喷头速度监测系统获知生物3D打印机喷头速度信息，当生物3D打印机喷头速度超过阈值时，工作人员能够通过报警装置18获知以便于及时停止生物3D打印机，以免浪费原料。

工作人员还能够根据本发明提供的生物3D打印机喷头速度监测系统对生物3D打印机进行检测，例如，打印同一标准模型，通过对打印机喷头速度监测以获知打印机性能。

具体地，搅拌器7为带有叶片的搅拌轴。

具体地，动力提供部6为马达，马达为搅拌器7提供动力。

具体地，中央处理装置12还包括一数据扩展端口，数据扩展端口用于根据用户需求增设监测传感器。

具体地，报警装置18为声光报警器。

具体地，远程监测端20为工作人员的手机。

具体地，生物3D打印机喷头速度监测系统采用太阳能供电，生物3D打印机喷头速度监测系统还包括一太阳能板、整流装置和蓄电池，太阳能板将光能转换为电能后，经过整流装置进行整流处理后将电能存储于蓄电池，蓄电池为生物3D打印机喷头速度监测系统供电。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种生物3D打印机喷头速度监测系统，其特征在于，所述生物3D打印机喷头速度监测系统包括打印机喷头部分（1）、打印机混合部分（4）、打印机供料部分（10）、速度传感器（11）、中央处理装置（12）、信号处理模块（13）、显示装置（14）、存储装置（15）、打印机控制系统（16）、速度运算部（17）、报警装置（18）、无线传输装置（19）以及远程监测端（20）；

其中，所述打印机喷头部分（1）包括喷头主体（2）和位于所述喷头主体（2）下方的喷头部（3），所述打印机混合部分（4）包括位于所述喷头主体（2）上方的混合部（5）、位于所述混合部（5）上方的动力提供部（6）以及位于所述所述混合部（5）内部的搅拌器（7），所述打印机供料部分（10）包括供料管道（8）和精密进料控制阀（9），所述供料管道（8）用于将不同的原料输送至所述混合部（5）内部进行混合，所述精密进料控制阀（9）设置于所述供料管道（8）上，所述精密进料控制阀（9）用于控制所述供料管道（8）输送原料的速度，所述搅拌器（7）用于将所述混合部（5）内部的原料混合均匀，所述动力提供部（6）为所述搅拌器（7）提供动力，所述搅拌器（7）将所述混合部（5）内部的原料混合均匀后将原料传输至所述喷头主体（2），所述喷头主体（2）在将原料传输至所述喷头部（3），由所述喷头部（3）根据所述中央处理装置（12）的控制信号进行3D打印；

其中，所述速度传感器（11）设置于所述喷头部（3）侧，用于监测所述喷头部（3）的在进行3D打印时的速度信号，并将采集的速度信号传输至所述信号处理模块（13），所述信号处理模块（13）对接收到的速度信号进行信号处理后传输至所述中央处理装置（12），所述打印机控制系统（16）的信号输出端与所述中央处理装置（12）的输入端连接，工作人员通过所述打印机控制系统（16）向所述中央处理装置（12）输入所要打印物体的三维模型，所述中央处理装置（12）根据接收到的三维模型向所述打印机喷头部分（1）、所述打印机混合部分（4）以及所述打印机供料部分（10）输出控制信号，其中，所述中央处理装置（12）与所述打印机供料部分（10）内的所述供料管道（8）和所述精密进料控制阀（9）连接，所述中央处理装置（12）控制所述打印机供料部分（10）进行供料作业，所述中央处理装置（12）控制所述精密进料控制阀（9）对供料速度进行控制，所述中央处理装置（12）与所述打印机混合部分（4）内的所述动力提供部（6）连接，所述中央处理装置（12）控制所述动力提供部（6）为所述搅拌器（7）提供动力，以为所述混合部（5）内的原料进行混合，所述中央处理装置（12）与所述打印机喷头部分（1）内的所述喷头主体（2）连接，以控制所述喷头主体（2）按照所述中央处理装置（12）接收到的三维模型开始3D打印作业，所述中央处理装置（12）将接收到的速度信号传输至所述速度运算部（17），所述速度运算部（17）将接收到的速度信号与预设速度阈值进行比较，若所述速度运算部（17）接收到的速度信号大于预设速度阈值，则所述速度运算部（17）输出高电平信号，则所述报警装置（18）在接收到高电平信号后进行报警，若所述速度运算部（17）接收到的速度信号小于或等于预设速度阈值，则所述速度运算部（17）输出低电平信号，则所述报警装置（18）在接收到低电平信号后不进行报警，所述中央处理装置（12）将接收到的速度信号传输至所述显示装置（14）进行显示，所述中央处理装置（12）将接收到的速度信号传输至所述存储装置（15）进行存储，所述中央处理装置（12）还将接收到的速度信号通过所述无线传输装置（19）传输至所述远程监测端（20）。

2.根据权利要求1所述的生物3D打印机喷头速度监测系统，其特征在于，所述速度传感器（11）设置于所述喷头部（3）侧，用于监测所述喷头部（3）的在进行3D打印时的速度信号，并将采集的速度信号传输至所述信号处理模块（13），所述信号处理模块（13）对接收到的速度信号依次进行信号放大和信号滤波处理后传输至所述中央处理装置（12）。

3.根据权利要求1或2所述的生物3D打印机喷头速度监测系统，其特征在于，所述速度传感器（11）设置于所述喷头部（3）侧，用于监测所述喷头部（3）的在进行3D打印时的速度信号，将采集的速度信号转换为电压信号V0，并将电压信号V0传输至所述信号处理模块（13），V1为经过所述信号处理模块（13）处理后的电压信号，所述信号处理模块（13）包括信号放大单元和信号滤波单元，所述速度传感器（11）的输出端与所述信号放大单元的输入端连接，所述信号放大单元的输出端与所述信号滤波单元的输入端连接，所述信号滤波单元的输出端与所述中央处理装置（12）的输入端连接。

4.根据权利要求3所述的生物3D打印机喷头速度监测系统，其特征在于，所述信号放大单元包括集成运放A1-A2、三极管VT1-VT2和电阻R1-R14；

其中，所述速度传感器（11）的输出端与电阻R1的一端连接，所述速度传感器（11）的输出端还与三极管VT1的基极连接，电容C1的一端接地，电容C1的另一端与电阻R1的另一端连接，电容C1的另一端还与集成运放A1的同相输入端连接，电阻R2的一端与三极管VT1的集电极连接，电阻R2的另一端与电阻R8的一端连接，电阻R3的一端与三极管VT2的集电极连接，电阻R4的一端与-15V电源连接，三极管VT1的发射极与三极管VT2的发射极连接后与电阻R4的另一端连接，电阻R5的一端与电阻R6的一端连接，电阻R5的一端还与电阻R7的一端连接，电阻R5的另一端与集成运放A1的输出端连接，电阻R6的另一端与电阻R8的一端连接，电阻R7的另一端与集成运放A2的同相输入端连接，集成运放A2的反相输入端接地，电阻R8的另一端与集成运放A2的输出端连接，电阻R8的另一端还与电阻R9的一端连接，电阻R9的另一端与电阻R11的一端连接，电容C2和电阻R10并联后的一端与三极管VT2的基极连接，滑动电阻器R12的一端接地，电容C2和电阻R10并联后的一端与滑动变阻器R12的另一端连接，电容C2和电阻R10并联后的另一端与电阻R11的一端连接，电容C2和电阻R10并联后的另一端还与电阻R9的另一端连接，电阻R11的另一端与电阻R14的一端连接，电阻R14的另一端与电容C3的一端连接，电容C3的另一端接地，电阻R14的另一端还与集成运放A1的反相输入端连接，电阻R13的一端接地，电阻R11的另一端还电阻R13的另一端连接，电阻R9的另一端与所述信号滤波单元的输入端连接。

5.根据权利要求4所述的生物3D打印机喷头速度监测系统，其特征在于，所述信号滤波单元包括电阻R15-R28、电容C4-C15以及集成运放A3-A4；

其中，所述信号放大单元的输出端与电阻R15的一端连接，所述信号放大单元的输出端还与电容C4的一端连接，电阻R15的另一端与电阻R16的一端连接，电容C6的一端接地，电容C6的另一端与电阻R16的一端连接，电容C4的另一端与电容C5的一端连接，电容C5的另一端与电阻R16的另一端连接，电容C5的一端还与电阻R17的一端连接，电阻R17的另一端与集成运放A3的输出端连接，电阻R18的一端接地，电阻R18的另一端与电阻R16的另一端连接，电阻R18的另一端还与集成运放A3的同相输入端连接，电容C7的一端接地，电容C7的另一端也与集成运放A3的同相输入端连接，电阻R19和电容C8并联后的一端与集成运放A3的反相输入端连接，电阻R20的一端接地，电阻R20的另一端与电阻R19和电容C8并联后的一端连接，电阻R19和电容C8并联后的另一端与集成运放A3的输出端连接，电阻R21的一端与集成运放A3的输出端连接，电容C9的一端接地，电容C9的另一端与电阻R21的另一端连接，集成运放A3的输出端与电阻R22的一端连接，集成运放A3的输出端还与电容C10的一端连接，电阻R22的另一端与电阻R23的一端连接，电容C12的一端接地，电容C12的另一端与电阻R23的一端连接，电容C10的另一端与电容C11的一端连接，电容C11的另一端与电阻R23的另一端连接，电容C11的一端还与电阻R24的一端连接，电阻R24的另一端与集成运放A4的输出端连接，电阻R25的一端接地，电阻R25的另一端与电阻R23的另一端连接，电阻R25的另一端还与集成运放A4的同相输入端连接，电容C13的一端接地，电容C13的另一端也与集成运放A4的同相输入端连接，电阻R26和电容C14并联后的一端与集成运放A4的反相输入端连接，电阻R27的一端接地，电阻R27的另一端与电阻R26和电容C14并联后的一端连接，电阻R26和电容C14并联后的另一端与集成运放A4的输出端连接，电阻R28的一端与集成运放A4的输出端连接，电容C15的一端接地，电容C15的另一端与电阻R28的另一端连接，所述信号滤波单元与所述中央处理装置（12）的ADC端口连接，所述信号滤波单元将处理后的电压信号V1传输至所述中央处理装置（12）的ADC端口。

6.根据权利要求1所述的生物3D打印机喷头速度监测系统，其特征在于，所述搅拌器（7）为带有叶片的搅拌轴。

7.根据权利要求1所述的生物3D打印机喷头速度监测系统，其特征在于，所述动力提供部（6）为马达，所述马达为所述搅拌器（7）提供动力。

8.根据权利要求1所述的生物3D打印机喷头速度监测系统，其特征在于，所述中央处理装置（12）还包括一数据扩展端口，所述数据扩展端口用于根据用户需求增设监测传感器。

9.根据权利要求1所述的生物3D打印机喷头速度监测系统，其特征在于，所述报警装置（18）为声光报警器。

10.根据权利要求1所述的生物3D打印机喷头速度监测系统，其特征在于，所述远程监测端（20）为工作人员的手机。