一种基于驻极体的表面积尘清除系统及其除尘方法

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1.本发明涉及电除尘技术，具体涉及一种基于驻极体的表面积尘清除系统及其除尘方法。

背景技术：

2.月球表面弥漫着大量由太空风化作用(流星体碰撞、宇宙射线照射、等离子体轰击等)产生的带电微尘称为带电月尘，在静电作用下极易黏附并积累在航天设备表面，导致诸如相机成像模糊、运动机构磨损、光伏电池矩阵能量转化效率下降等问题。nasa在分析阿波罗登月计划所取得成绩时指出，月球近表面空间的月尘对探月活动的干扰是人类今后进行月球探测必须解决的重点问题之一。
3.为了减轻带电月尘对航天设备空间活动的不利影响，国内外针对除尘区域的表面的提出了多种防尘除尘方法，如加牺牲层、表面改性、振荡、刷除、静电除尘和电帘除尘等。防尘方法虽然能减缓太空尘埃积累，但无法解决尘埃带来的危害。而很多除尘方法均难以在太空复杂环境下得到良好的发挥，如刷除法不仅除尘效率低下，还容易对功能材料表面造成损伤。静电除尘利用带电颗粒在平板电极营造的直流电场下受恒定方向电场力收集太空尘埃；电帘除尘则利用带电颗粒在叉指型电极营造的非均匀交变电场下受到的电场力将尘埃驱离黏附表面。但是对于静电除尘，月尘被吸附在导电平板上之后，后续清理仍是问题。对于电帘除尘，脱离的月尘在重力和静电作用下仍有可能再次黏附于表面。而且无论是静电除尘还是电帘除尘，其均需要千伏级高压，容易静电放电，单个装置覆盖范围有限，面对大面积被保护表面需要大量布置，不仅容易对航天设备效率造成影响，而且造价昂贵。为了保证大型登月设备的长期可靠工作，迫切需要具有低功耗、高静电安全、移动性强、覆盖面积广、防止带电微尘二次沉积的除尘技术。

技术实现要素：

4.面对航天领域的大面积、低能耗、高静电安全除尘的现实需求及创新要求，本发明提出了一种基于驻极体的表面积尘清除系统及其除尘方法，利用驻极体营造的无电源强静电场驱动带电微尘受电场力脱离大型光伏电池矩阵、大型散热器矩阵等大面积航天设备的黏附表面，实现低功耗、高静电安全、移动性强、覆盖面积广地清除微尘，还可防止二次带电微尘，具有非接触、稳定性好、适用性高等特点。
5.本发明的一个目的在于提出一种基于驻极体的表面积尘清除系统。
6.基于驻极体的表面积尘清除系统用于清除位于大型光伏电池矩阵、大型散热器矩阵等大面积航天设备的带电微尘。
7.本发明的基于驻极体的表面积尘清除系统包括：运动装置、除尘装置、信号接收处理与控制系统、电源模块以及上位机；其中，运动装置安装在除尘区域的表面；除尘装置安装在运动装置上，运动装置能够带动除尘装置沿带电微尘区域的表面二维移动，移动的范围为除尘区域；信号接收处理与控制系统和电源模块安装在除尘装置的上表面；运动装置、
除尘装置和信号接收处理与控制系统分别连接至电源模块；信号接收处理与控制系统通过无线网络连接至位于远端的上位机；
8.除尘装置包括上电极板、驻极体杆、驻极体杆电机、绝缘黏附膜、绝缘膜卷绕杆、绝缘膜电机、绝缘膜转向辊轴、吊环螺栓和电机固定框架；其中，驻极体杆包括金属杆主体和包覆在金属杆主体表面的两片驻极体膜，两片驻极体膜的尺寸相同且极性相反，分别沿着金属杆主体的轴向且关于轴向对称包覆在金属杆主体的外表面，并且两片驻极体膜之间电屏蔽；上电极板为金属板，且平行于除尘区域，上电极板连接运动装置；在上电极板的下表面一端设置一维排列的吊环螺栓，另一端设置电机固定框架，驻极体杆电机和绝缘膜电机固定安装在电机固定框架上且位于上电极板的下表面；吊环螺栓包括驻极体杆吊环螺栓、绝缘膜转向辊轴吊环螺栓和绝缘膜卷绕杆吊环螺栓；在上电极板的下表面固定安装多个驻极体杆吊环螺栓，多个驻极体杆吊环螺栓沿平行于导轨方向周期性一维排列；多个互相平行且垂直于导轨方向的驻极体杆的一端分别安装在相应的驻极体杆吊环螺栓内，另一端固定连接相应的驻极体杆电机的转轴，每一个驻极体杆电机能够独立带动相应的驻极体杆转动，多个驻极体杆沿平行于导轨方向周期性一维排列，形成驻极体杆阵列，驻极体杆阵列平行于除尘区域的表面；所有驻极体杆的金属杆主体通过导线连接导通；在周期性一维排列的驻极体杆吊环螺栓的两侧外侧分别设置有绝缘膜转向辊轴吊环螺栓，两根绝缘膜转向辊轴的一端分别安装在相应的绝缘膜转向辊轴吊环螺栓内，另一端固定安装在电机固定框架上，绝缘膜转向辊轴平行于驻极体杆，并且位置低于驻极体杆阵列；在两个绝缘膜转向辊轴吊环螺栓的外侧分别设置绝缘膜卷绕杆吊环螺栓，两根绝缘膜卷绕杆的一端分别安装在相应的绝缘膜卷绕杆吊环螺栓内，另一端固定连接相应的绝缘膜电机的转轴，绝缘膜电机能够带动绝缘膜卷绕杆转动，绝缘膜卷绕杆平行于驻极体杆，并且位置高于驻极体杆阵列；绝缘黏附膜的下表面具有粘黏性，绝缘黏附膜的两侧分别通过绝缘膜转向辊轴后缠绕在绝缘膜卷绕杆上；绝缘黏附膜与驻极体杆阵列和除尘区域平行，位于驻极体杆阵列之下且位于除尘区域之上，并且绝缘粘附膜位于绝缘膜转向辊轴下且绝缘粘附膜的上表面接触绝缘膜转向辊轴，通过绝缘膜转向辊轴，将绝缘黏附膜转向并展开；驻极体杆电机和绝缘膜电机分别连接至电源模块；
9.信号接收处理与控制系统包括信号接收处理与控制电路、前置摄像头、后置摄像头、电荷量监测感应电极和电荷量监测屏蔽电极；信号接收处理与控制电路和电源模块安装在电路板上；在电路板的前端设置前置摄像头，后端设置后置摄像头；在电路板的前端安装固定支架，电荷量监测感应电极通过固定支架引出，平行设置于除尘区域的表面之上，电荷量监测感应电极与除尘区域的表面之间的间距与绝缘黏附膜与除尘区域的表面之间的间距相同；电荷量监测屏蔽电极固定安装在固定支架上，罩住电荷量监测感应电极，用以屏蔽其他电场源的干扰；前置摄像头、后置摄像头和电荷量监测感应电极分别连接至信号接收处理与控制电路；运动装置、驻极体杆电机和绝缘膜电机分别连接至信号接收处理与控制电路；信号接收处理与控制电路、前置摄像头和后置摄像头分别连接至电源模块；
10.上位机发出除尘指令至信号接收处理与控制系统；前置摄像头拍摄除尘区域的图像并传输至信号接收处理与控制电路；信号接收处理与控制电路根据图像规划除尘路径；信号接收处理与控制电路控制运动装置带动除尘装置按照除尘路径在除尘区域的表面移动；电荷量监测感应电极与带电微尘发生静电感应产生电流信号；电流信号传输至信号接
收处理与控制系统；信号接收处理与控制电路利用电荷反演算法反解出带电微尘的带电量与极性；信号接收处理与控制系统根据带电微尘的极性，控制驻极体杆电机带动相应的驻极体杆转动，使得相应区域的驻极体杆上极性相反的驻极体膜朝下面对除尘区域的表面，相邻的驻极体杆转动方向相反，以防止相邻驻极体杆之间极性相反的驻极体膜在驻极体杆转动过程中正对而发生静电放电；通过控制正对除尘区域的表面一侧的驻极体膜的极性与带电微尘的电极性相反，使带电微尘在驻极体膜营造的静电除尘电场中始终保持向上的电场力；带电微尘受电场力作用，脱离黏附的除尘区域的表面向驻极体杆运动，被黏附并捕获在绝缘黏附膜的下表面；信号接收处理与控制系统控制两个绝缘膜电机带动绝缘膜卷绕杆同速同方向转动，使得一侧的绝缘膜卷绕杆展开绝缘黏附膜，另一侧的绝缘膜卷绕杆卷起绝缘黏附膜，从而将吸附有带电微尘的绝缘黏附膜收起替换成表面干净的绝缘黏附膜继续吸附带电微尘，同时收集带电微尘并防止带电微尘二次黏附在除尘后的除尘区域的表面；绝缘黏附膜的展开和卷起的速度与除尘装置的前进速度或左右移动速度一致；后置摄像头拍摄除尘后的除尘区域的表面的图像并传输至信号接收处理与控制系统；信号接收处理与控制系统将图像发送至上位机，由上位机判断是否达到除尘效果；若达到除尘效果，无需再次除尘，则上位机发送结束除尘指令，信号接收处理与控制系统接收指令，信号接收处理与控制系统通过控制运动装置将除尘装置返回初始位置；若未达到除尘效果，需再次除尘，则上位机发送再次除尘指令，同时将需要再次除尘的区域位置标记并发送，信号接收处理与控制系统接收指令，根据区域标记规划除尘路径，开始再次清除带电微尘。
11.运动装置包括：导轨、导轨平台、滚珠丝杠、丝杠电机和丝杠盖端；其中，在除尘区域的两侧分别设置互相平行的导轨，即两条导轨之间的区域为除尘区域，导轨的长度不小于除尘区域的长度，两条导轨之间的距离不小于除尘区域的宽度；在每一个导轨上架设一个导轨平台，导轨平台连接至信号接收处理与控制电路，能够沿导轨方向移动，并控制移动方向和移动速度；一个导轨平台上安装两个丝杠电机，每个丝杠电机的转轴分别连接至一组滚珠丝杠的一端，滚珠丝杠的方向垂直于导轨的方向；另一个导轨平台上安装两个丝杠固定盖端，两组滚珠丝杠的另一端分别固定在两个丝杠固定盖端；除尘装置固定安装在两组滚珠丝杠上，丝杠电机转动驱动滚珠丝杠带动除尘装置沿垂直于导轨方向移动，并控制移动方向和移动速度；导轨平台和丝杠电机分别连接至电源模块；一套运动装置包括两条导轨、两个导轨平台、两条滚珠丝杠、两个丝杠电机和两个丝杠盖端。
12.本发明中定义：沿着导轨的方向为前后方向，垂直于导轨的方向为左右方向。
13.信号接收处理与控制电路包括：跨阻放大模块、滤波和积分模块、无线通讯模块和主控模块电路，其中，跨阻放大模块连接至滤波和积分模块；滤波和积分模块连接至主控模块电路；主控模块电路还连接至无线通讯模块；电源模块连接至主控模块电路；无线通讯模块通过无线网络连接上位机；前置摄像头和后置摄像头分别连接至主控模块电路；电荷量监测感应电极连接至跨阻放大模块；绝缘膜电机和驻极体杆电机分别连接至主控模块电路；运动装置的导轨平台和丝杠电机分别连接至主控模块电路；前置摄像头拍摄除尘区域的图像并传输至信号接收处理与控制电路的主控模块电路；主控模块电路根据前置摄像头拍摄的图像评估除尘区域，并规划除尘路径；电荷量监测感应电极静电感应产生的电流信号传输至跨阻放大模块转换为电压信号；随后经过滤波和积分模块变换为包含有带电微尘的带电量与极性信息的电压信号，并传输至主控模块电路；主控模块电路利用电荷反演算
法反解出带电微尘的带电量与极性；后置摄像头拍摄已除尘的区域的图像，并将图像传输至主控模块电路；主控模块电路根据后置摄像头拍摄的图像评估除尘效果，通过无线通讯模块传输至上位机；主控模块电路通过导轨平台和丝杠电机分别控制导轨平台前进以及滚珠丝杠左右移动，实现除尘装置的移动；主控模块电路通过控制两个绝缘膜电机转动，实现绝缘膜的展开与卷起；主控模块电路通过控制驻极体杆电机转动，实现驻极体杆的转动。
14.驻极体杆吊环螺栓、绝缘膜转向辊轴吊环螺栓和绝缘膜卷绕杆吊环螺栓均包括固定杆和吊环；固定杆的顶端具有外螺纹，通过螺纹孔固定在上电极板的下表面，固定杆的底端固定连接吊环，驻极体杆、绝缘膜转向辊轴和绝缘膜卷绕杆的一端分别位于驻极体杆吊环螺栓、绝缘膜转向辊轴吊环螺栓和绝缘膜卷绕杆吊环螺栓的连接吊环内。驻极体杆吊环螺栓、绝缘膜转向辊轴吊环螺栓和绝缘膜卷绕杆吊环螺栓采用非金属材料。
15.电源模块的电压为5v～12v。
16.两条互相平行的导轨的间距为0.5～1.0m。
17.上电极板边缘处开有螺纹孔用于安装吊环螺栓和电机固定框架；并且，上电极板的上表面两端分别设置有安装环，安装环具有内螺纹，运动装置的两组滚珠丝杠分别通过螺纹连接安装环，从而通过丝杠电机驱动滚珠丝杠旋转带动上电极板沿滚珠丝杠的方向移动，进而带动整个除尘装置移动。除尘装置的移动速度为3.0～6.0mm/s。上电极板宽为一半平行导轨间距。
18.电荷量监测屏蔽电极的中心为圆形平板，圆形平板的边缘设置有连接为一体的侧壁，开口向下，从而罩住电荷量监测感应电极。
19.驻极体膜包括驻极体基底及其表面的极化电荷；驻极体基底采用聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚丙烯和聚萘二甲酸乙二醇酯中的一种。通过软x射线极化，使两片驻极体膜带有不同极性电荷。在驻极体杆的金属杆主体的外表面且位于两片驻极体膜之间设置有金属凸起，防止不同极性的两片驻极体膜之间发生静电放电。驻极体杆的金属杆主体之间通过导线相连，保证电位一致。通过控制驻极体杆电机调整两片驻极体膜一片正对除尘区域的表面，一片正对上电极板，所有驻极体杆正对除尘区域的表面一侧的驻极体膜的极性保持一致，正对上电极板一侧的驻极体膜的极性保持一致。正对除尘区域的表面一侧的驻极体膜与除尘区域的表面之间的间隙为5.0～15mm。正对上电极板一侧的驻极体膜与上电极板之间的间隙为5.0～15mm。为了保证正对除尘区域的表面一侧的驻极体膜营造的除尘静电场的均匀性，多个驻极体杆、吊环螺栓、驻极体杆电机形成驻极体杆阵列时，每个驻极体杆之间的间隙最大为正对除尘区域的表面一侧的驻极体膜与除尘区域的表面之间距离的一半。
20.软x射线极化时通过信号接收处理与控制电路的主控模块电路控制驻极体杆电机调整两片驻极体膜中的一片正对除尘区域的表面，一片正对上电极板；软x射线源从侧面照射，在驻极体杆与上电极板间的空气间隙内中产生正负极性电荷；上电极板接地，驻极体杆的金属杆主体接负高压源，在驻极体杆与上电极板间形成偏置极化高压电场，驱使正极性电荷注入正对上电极板的驻极体膜，形成正极性驻极体膜；极化10～30min后，控制驻极体杆电机将未极化驻极体膜正对上电极板，驻极体杆的金属杆主体接正高压源，驱使负极性电荷注入此时正对上电极板的驻极体膜，形成负极性驻极体膜，从而实现同一驻极体杆上两片驻极体膜的相反极性极化。
21.绝缘黏附膜采用聚酰亚胺、聚乙烯、聚偏二氟乙烯和聚四氟乙烯中的一种，具有一
定柔性，宽度与上电极板的宽度一致。绝缘黏附膜的两侧缠绕在绝缘膜卷绕杆上形成绝缘膜卷。绝缘膜卷绕杆的位置高于驻极体杆阵列，绝缘黏附膜展开后通过位置低于驻极体杆的绝缘膜转向辊轴并保持与驻极体杆阵列平行，留有1.0mm间隙，避免因绝缘黏附膜展开和卷起影响绝缘膜卷半径使绝缘黏附膜与驻极体杆间隙发生变化。绝缘黏附膜的下表面涂有粘性胶，使得下表面具有粘黏性。
22.带电尘埃颗粒在驻极体膜产生的静电场中的受力由驻极体膜的电学参数和除尘装置的结构参数与颗粒物理属性参数共同决定；驻极体膜的电学参数包括驻极体膜的介电强度、厚度和表面电位；除尘装置的结构参数包括正对除尘区域的表面一侧的驻极体膜与除尘区域的表面之间的间隙；尘埃颗粒物理属性参数包括粒度、密度和荷质比；当驻极体膜的表面电位越高，正对除尘区域的表面一侧的驻极体膜与除尘区域的表面之间的间隙越小，带电微尘的荷质比越高时，带电微尘的在驻极体膜产生的静电场中的受力强度越大，越容易被清除。
23.本发明的另一个目的在于提出一种基于驻极体的表面积尘清除系统的除尘方法。
24.本发明的基于驻极体的表面积尘清除系统的除尘方法，包括以下步骤：
25.1)上位机发出除尘指令至信号接收处理与控制系统；
26.2)前置摄像头拍摄除尘区域的图像并传输至信号接收处理与控制电路；
27.3)信号接收处理与控制电路将除尘区域划分为多个小区域，根据前置摄像头拍摄除尘区域的图像，将有带电微尘沉积的小区域标记，以遍历所有标记为目标，规划除尘路径；
28.4)信号接收处理与控制电路控制运动装置带动除尘装置按照除尘路径在除尘区域的表面移动；
29.5)电荷量监测感应电极与带电微尘发生静电感应产生电流信号；电流信号传输至信号接收处理与控制系统；信号接收处理与控制电路利用电荷反演算法反解出带电微尘的带电量与极性；
30.6)信号接收处理与控制系统根据带电微尘的极性，控制驻极体杆电机带动相应的驻极体杆转动，使得相应区域的驻极体杆上极性相反的驻极体膜朝下面对除尘区域的表面，相邻的驻极体杆转动方向相反，以防止相邻驻极体杆之间极性相反的驻极体膜在驻极体杆转动过程中正对而发生静电放电；
31.7)通过控制正对除尘区域的表面一侧的驻极体膜的极性与带电微尘的电极性相反，使带电微尘在驻极体膜营造的静电除尘电场中始终保持向上的电场力；带电微尘受电场力作用，脱离黏附的除尘区域的表面向驻极体杆运动，被黏附并捕获在绝缘黏附膜的下表面；
32.8)信号接收处理与控制系统控制两个绝缘膜电机带动绝缘膜卷绕杆同速同方向转动，使得一侧的绝缘膜卷绕杆展开绝缘黏附膜，另一侧的绝缘膜卷绕杆卷起绝缘黏附膜，从而将吸附有带电微尘的绝缘黏附膜收起替换成表面干净的绝缘黏附膜继续吸附带电微尘，收集带电微尘并防止带电微尘二次黏附在除尘后的除尘区域的表面；绝缘黏附膜的展开和卷起的速度与除尘装置的前进速度或左右移动速度一致；
33.9)后置摄像头拍摄除尘后的除尘区域的表面的图像并传输至信号接收处理与控制系统；
34.10)信号接收处理与控制系统将图像发送至上位机，由上位机判断是否达到除尘效果；
35.若达到除尘效果，无需再次除尘，则上位机发送结束除尘指令，信号接收处理与控制系统接收指令，信号接收处理与控制系统通过控制运动装置将除尘装置返回初始位置；若未达到除尘效果，需再次除尘，则上位机发送再次除尘指令，同时将需要再次除尘的区域位置标记并发送，信号接收处理与控制系统接收指令，根据区域标记规划除尘路径，开始再次清除带电微。
36.进一步，在除尘前，还包括通过软x射线极化驻极体膜，包括以下步骤：通过信号接收处理与控制电路的主控模块电路控制驻极体杆电机调整两片驻极体基底中的一片正对除尘区域的表面，另一片正对上电极板；软x射线源从侧面照射，在驻极体杆与上电极板间的空气间隙内中产生正负极性电荷；上电极板接地，驻极体杆的金属杆主体接负高压源，在驻极体杆与上电极板间形成偏置极化高压电场，驱使正极性电荷注入正对上电极板的驻极体基底，形成正极性驻极体膜；极化10～30min后，控制驻极体杆电机将未极化的驻极体基底正对上电极板，驻极体杆的金属杆主体接正高压源，驱使负极性电荷注入此时正对上电极板的驻极体基底，形成负极性驻极体膜，从而实现同一驻极体杆上两片驻极体膜的相反极性极化。本发明的优点：
37.本发明利用驻极体营造的无电源强静电场驱动带电微尘受电场力脱离黏附表面，摆脱了电除尘领域需要高压电源的限制，极大降低了所需电能；创新性地提出了以金属杆为主体、两侧涂覆有驻极体膜的驻极体杆结构与基于软x射线的驻极体膜极化方法，使两侧驻极体膜相反极性极化；在防止相反极性驻极体膜正对静电放电的设计下，通过转动驻极体杆实现正对除尘区域的表面一侧的驻极体膜的极性的变换，使任一极性的带电微尘在驻极体膜营造的静电除尘电场中始终保持向上的电场力；本发明还创新性地提出在驻极体膜与除尘区域的表面之间插入一面涂有粘黏性的绝缘黏附膜，当带电微尘受电场力脱离除尘区域的表面向驻极体杆运动后被捕获黏附在绝缘黏附膜的下表面；绝缘黏附膜防止驻极体膜与带电微尘直接接触发生静电放电或电荷转移导致带电微尘埃二次黏附在除尘区域的表面；通过绝缘膜电机转动，将未积尘的绝缘黏附膜展开，积尘后的绝缘黏附膜卷起，既能够保证驻极体膜产生的静电场的强度不受相反极性带电尘埃颗粒削弱，又能够收集带电微尘埃防止带电微尘二次黏附在除尘区域的表面；此外，本发明将系统集成并安装在运动装置上，实现了广域移动式除尘，避免了大面积高成本铺设；因此，本发明不仅实现了低功耗、高静电安全、移动性强、覆盖面积广地清除微尘，还能够防止二次积尘，具有非接触、稳定性好、适用性高等特点。
附图说明
38.图1为本发明的基于驻极体的表面积尘清除系统的总体框图；
39.图2为本发明的基于驻极体的表面积尘清除系统的一个实施例的总体示意图；
40.图3为本发明的基于驻极体的表面积尘清除系统的一个实施例的除尘装置的示意图，其中，(a)为右视图，(b)为左视图；
41.图4为本发明的基于驻极体的表面积尘清除系统的一个实施例的除尘装置的驻极体杆的结构示意图；
42.图5为本发明的基于驻极体的表面积尘清除系统的连接关系框图；
43.图6为本发明的基于驻极体的表面积尘清除系统的驻极体膜的软x射线极化原理图，其中，(a)为驻极体膜的负极性极化原理图，(b)为驻极体膜的正极性极化原理图；
44.图7为本发明的基于驻极体的表面积尘清除系统的除尘原理图，其中，(a)为清除负极性带电尘埃颗粒的原理图，(b)为清除正极性带电尘埃颗粒的原理图；
45.图8为本发明的基于驻极体的表面积尘清除系统的除尘方法流程图；
46.图9为本发明的基于驻极体的表面积尘清除系统的除尘路线规划示意图。
具体实施方式
47.下面结合附图，通过具体实施例，进一步阐述本发明。
48.本实施例的基于驻极体的表面积尘清除系统用于清除位于大型光伏电池矩阵、大型散热器矩阵等大面积航天设备的带电微尘，航天设备的表面黏附有正极性带单尘埃颗粒001和正极性带单尘埃颗粒002。
49.如图1所示，本实施例的基于驻极体的表面积尘清除系统包括：运动装置、除尘装置、信号接收处理与控制系统、电源模块400以及上位机；其中，运动装置安装在除尘区域的表面；除尘装置安装在运动装置上，运动装置能够带动除尘装置沿带电微尘区域的表面二维移动，移动的范围为除尘区域；信号接收处理与控制系统和电源模块安装在除尘装置的上表面；信号接收处理与控制系统分别连接至运动装置和除尘装置；运动装置、除尘装置和信号接收处理与控制系统分别连接至电源模块；信号接收处理与控制系统通过无线网络连接至位于远端航天舱内的上位机；
50.如图2所示，运动装置包括：导轨100、导轨平台101、滚珠丝杠102、丝杠电机103和丝杠盖端104；其中，在除尘区域的两侧分别设置互相平行的导轨100，即两条导轨100之间的区域为除尘区域，导轨100的长度不小于除尘区域的长度，两条导轨100之间的距离不小于除尘区域的宽度；在每一个导轨100上架设一个导轨平台101，导轨平台101连接至信号接收处理与控制电路，能够沿导轨100方向移动，并控制移动方向和移动速度；一个导轨平台101上安装两个丝杠电机103，每个丝杠电机103的转轴分别连接至一组滚珠丝杠102的一端，滚珠丝杠102的方向垂直于导轨100的方向；另一个导轨平台101上安装两个丝杠固定盖端，两组滚珠丝杠102的另一端分别固定在两个丝杠固定盖端；除尘装置固定安装在两组滚珠丝杠102上，丝杠电机103转动驱动滚珠丝杠102带动除尘装置沿垂直于导轨100方向移动，并控制移动方向和移动速度；导轨平台101和丝杠电机103分别连接至电源模块；一套运动装置包括两条导轨100、两个导轨平台101、两条滚珠丝杠102、两个丝杠电机103和两个丝杠盖端104；
51.定义：沿着导轨100的方向为前后方向，垂直于导轨100的方向为左右方向；
52.如图3所示，除尘装置包括上电极板200、驻极体杆201、驻极体杆电机202、绝缘黏附膜203、绝缘膜卷绕杆204、绝缘膜电机205、绝缘膜转向辊轴206、吊环螺栓207和电机固定框架208；其中，如图4所示，驻极体杆201包括金属杆主体和包覆在金属杆主体表面的两片驻极体膜，两片驻极体膜的尺寸相同且极性相反，分别沿着金属杆主体的轴向且关于轴向对称包覆在金属杆主体的外表面，并且两片驻极体膜之间电屏蔽；上电极板200为金属板，上电极板200的上表面两端分别设置有安装环，安装环具有内螺纹，运动装置的两组滚珠丝
杠102分别通过螺纹连接安装环，从而通过丝杠电机103驱动滚珠丝杠102旋转带动上电极板200沿滚珠丝杠102的方向移动，上电极板200平行于除尘区域；在上电极板200的下表面一端设置一维排列的吊环螺栓207，另一端设置电机固定框架208，驻极体杆电机202和绝缘膜电机205固定安装在电机固定框架208上且位于上电极板200的下表面；吊环螺栓207包括驻极体杆201吊环螺栓、绝缘膜转向辊轴206吊环螺栓和绝缘膜卷绕杆204吊环螺栓；在上电极板200的下表面固定安装多个驻极体杆201吊环螺栓，多个驻极体杆201吊环螺栓沿平行于导轨100方向周期性一维排列；多个互相平行且垂直于导轨100方向的驻极体杆201的一端分别安装在相应的驻极体杆201吊环螺栓内，另一端固定连接相应的驻极体杆电机202的转轴，每一个驻极体杆电机202能够独立带动相应的驻极体杆201转动，多个驻极体杆201沿平行于导轨100方向周期性一维排列，形成驻极体杆201阵列，驻极体杆201阵列平行于除尘区域的表面；所有驻极体杆201的金属杆主体通过导线连接导通；在周期性一维排列的驻极体杆201吊环螺栓的两侧外侧分别设置有绝缘膜转向辊轴206吊环螺栓，两根绝缘膜转向辊轴206的一端分别安装在相应的绝缘膜转向辊轴206吊环螺栓内，另一端固定安装在电机固定框架208上，绝缘膜转向辊轴206平行于驻极体杆201，并且位置低于驻极体杆201阵列；在两个绝缘膜转向辊轴206吊环螺栓的外侧分别设置绝缘膜卷绕杆204吊环螺栓，两根绝缘膜卷绕杆204的一端分别安装在相应的绝缘膜卷绕杆204吊环螺栓内，另一端固定连接相应的绝缘膜电机205的转轴，绝缘膜电机205能够带动绝缘膜卷绕杆204转动，绝缘膜卷绕杆204平行于驻极体杆201，并且位置高于驻极体杆201阵列；绝缘黏附膜203的下表面具有粘黏性，绝缘黏附膜203的两侧分别通过绝缘膜转向辊轴206后缠绕在绝缘膜卷绕杆204上；绝缘黏附膜203与驻极体杆201阵列和除尘区域平行，位于驻极体杆201阵列之下且位于除尘区域之上，并且绝缘粘附膜位于绝缘膜转向辊轴206下且绝缘粘附膜的上表面接触绝缘膜转向辊轴206，通过绝缘膜转向辊轴206，将绝缘黏附膜203转向并展开；驻极体杆电机202和绝缘膜电机205分别连接至电源模块；
53.如图4所示，信号接收处理与控制系统包括信号接收处理与控制电路300、前置摄像头301、后置摄像头302、电荷量监测感应电极303和电荷量监测屏蔽电极304；信号接收处理与控制电路300和电源模块安装在电路板上；在电路板的前端设置前置摄像头301，后端设置后置摄像头302；在电路板的前端安装固定支架，电荷量监测感应电极303通过固定支架引出，平行设置于除尘区域的表面之上，电荷量监测感应电极303与除尘区域的表面之间的间距与绝缘黏附膜203与除尘区域的表面之间的间距相同；电荷量监测屏蔽电极304固定安装在固定支架上，罩住电荷量监测感应电极303，用以屏蔽其他电场源的干扰；前置摄像头301、后置摄像头302和电荷量监测感应电极303分别连接至信号接收处理与控制电路300；运动装置、驻极体杆电机202和绝缘膜电机205分别连接至信号接收处理与控制电路300；信号接收处理与控制电路300、前置摄像头301和后置摄像头302分别连接至电源模块；
54.信号接收处理与控制电路300包括：跨阻放大模块、滤波和积分模块、无线通讯模块和主控模块电路，其中，跨阻放大模块连接至滤波和积分模块；滤波和积分模块连接至主控模块电路；主控模块电路还连接至无线通讯模块；电源模块连接至主控模块电路；无线通讯模块通过无线网络连接上位机；前置摄像头301和后置摄像头302分别连接至主控模块电路；电荷量监测感应电极303连接至跨阻放大模块；绝缘膜电机205和驻极体杆电机202分别连接至主控模块电路；运动装置的导轨平台101和丝杠电机103分别连接至主控模块电路；
前置摄像头301拍摄除尘区域的图像并传输至信号接收处理与控制电路300的主控模块电路；主控模块电路根据前置摄像头301拍摄的图像评估除尘区域，并规划除尘路径；电荷量监测感应电极303感应产生的电流信号传输至跨阻放大模块转换为电压信号；随后经过滤波和积分模块变换为包含有带电微尘的带电量与极性信息的电压信号，并传输至主控模块电路；主控模块电路利用电荷反演算法反解出带电微尘的带电量与极性；后置摄像头302拍摄已除尘的区域的图像，并将图像传输至主控模块电路；主控模块电路根据后置摄像头302拍摄的图像评估除尘效果，通过无线通讯模块传输至上位机；主控模块电路通过导轨平台101和丝杠电机103分别控制导轨平台101前进以及滚珠丝杠102左右移动，实现除尘装置的移动；主控模块电路通过控制两个绝缘膜电机205转动，实现绝缘膜的展开与卷起；主控模块电路通过控制驻极体杆电机202转动，实现驻极体杆201的转动。
55.在本实施例中，两条平行导轨100的间距为0.6m；除尘装置的速度为4.0mm/s；电源模块的电压为12v；正对除尘区域的表面一侧的驻极体膜与除尘区域的表面之间的间隙为6.0mm；绝缘黏附膜203与正对除尘区域的表面一侧的驻极体膜之间留有1.0mm间隙。
56.在除尘前，通过软x射线极化驻极体膜，如图6所示，包括以下步骤：通过信号接收处理与控制电路300的主控模块电路控制驻极体杆电机202调整两片驻极体基底中的一片正对除尘区域的表面，另一片正对上电极板200；软x射线源从侧面照射，在驻极体杆201与上电极板200间的空气间隙内中产生正负极性电荷；上电极板200接地，驻极体杆201的金属杆主体接负高压源-u，在驻极体杆201与上电极板200间形成偏置极化高压电场，驱使正极性电荷注入正对上电极板200的驻极体基底，形成正极性驻极体膜2011；极化10～30min后，控制驻极体杆电机202将未极化的驻极体基底正对上电极板200，驻极体杆201的金属杆主体接正高压源+u，如图6(a)所示，驱使负极性电荷注入此时正对上电极板200的驻极体基底，形成负极性驻极体膜2010，从而实现同一驻极体杆201上两片驻极体膜的相反极性极化。
57.本实施例的基于驻极体的表面积尘清除系统的除尘方法，如图8所示，包括以下步骤：
58.1)上位机发出除尘指令至信号接收处理与控制系统；
59.2)前置摄像头301拍摄除尘区域的图像并传输至信号接收处理与控制电路300；
60.3)信号接收处理与控制电路300将除尘区域划分为多个小区域，根据前置摄像头301拍摄除尘区域的图像，将有带电微尘沉积的小区域标记，以遍历所有标记为目标，规划除尘路径，如图9所示；
61.4)信号接收处理与控制电路300控制运动装置带动除尘装置按照除尘路径在除尘区域的表面移动；
62.5)电荷量监测感应电极303与带电微尘发生静电感应产生电流信号；电流信号传输至信号接收处理与控制系统；信号接收处理与控制电路利用电荷反演算法反解出带电微尘的带电量与极性，如图7所示；
63.6)信号接收处理与控制系统根据带电微尘的极性，控制驻极体杆电机202带动相应的驻极体杆201转动，使得相应区域的驻极体杆201上极性相反的驻极体膜朝下面对除尘区域的表面，相邻的驻极体杆201转动方向相反，防止相邻驻极体杆201之间极性相反的驻极体膜在驻极体杆201转动过程中正对，而发生静电放电；
64.7)通过控制正对除尘区域的表面一侧的驻极体膜的极性与带电微尘的电极性相反，使带电微尘在驻极体膜营造的静电除尘电场中始终保持向上的电场力；带电微尘受电场力作用，脱离黏附的除尘区域的表面向驻极体杆201运动，并被捕获黏附在绝缘黏附膜203的下表面；
65.8)信号接收处理与控制系统控制两个绝缘膜电机205带动绝缘膜卷绕杆204同速同方向转动，使得一侧的绝缘膜卷绕杆204展开绝缘黏附膜203，另一侧的绝缘膜卷绕杆204卷起绝缘黏附膜203，从而将吸附有带电微尘的绝缘黏附膜203收起替换成表面干净的绝缘黏附膜203继续吸附带电微尘，收集带电微尘并防止带电微尘二次黏附在除尘后的除尘区域的表面；绝缘黏附膜203的展开和卷起的速度与除尘装置的前进速度或左右移动速度一致；
66.9)后置摄像头302拍摄除尘后的除尘区域的表面的图像并传输至信号接收处理与控制系统；
67.10)信号接收处理与控制系统将图像发送至上位机，由上位机判断是否达到除尘效果；
68.若达到除尘效果，无需再次除尘，则上位机发送结束除尘指令，信号接收处理与控制系统接收指令，信号接收处理与控制系统通过控制运动装置将除尘装置返回初始位置；若未达到除尘效果，需再次除尘，则上位机发送再次除尘指令，同时将需要再次除尘的区域位置标记并发送，信号接收处理与控制系统接收指令，根据区域标记规划除尘路径，开始再次清除带电微尘。
69.最后需要注意的是，公布实施例的目的在于帮助进一步理解本发明，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附的权利要求的精神和范围内，各种替换和修改都是可能的。因此，本发明不应局限于实施例所公开的内容，本发明要求保护的范围以权利要求书界定的范围为准。

网址：一种基于驻极体的表面积尘清除系统及其除尘方法 https://www.yuejiaxmz.com/news/view/1190515

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