一种工频电场下超疏水表面液滴运动控制方法及系统与流程

本发明涉及微流控制，尤其涉及一种工频电场下超疏水表面液滴运动控制方法及系统。

背景技术：

1、目前，开关设备的结构设计逐渐趋于紧凑化，使得其设备内部绝缘裕度降低。若长期运行在大温差高湿度条件下，其电气设备构件表面非常容易产生冷凝液滴，导致其绝缘性能大幅下降，威胁配电系统安全可靠地运行。相较于rtv等传统的绝缘材料，超疏水绝缘材料具有更强的疏水性能，并且优异的自清洁性可以减少表面污秽，在较大程度上提升设备的绝缘水平。同时，绝缘设备通常需要工作在强电场条件下，强电场会使涂层表面液滴受到库仑力、介电力等电场力的作用，进而表现出电致运动特性。

2、当前国内外学者对于液滴的电致运动行为主要针对具有疏水性表面，而对超疏水涂层表面液滴的电致运动行为缺乏深入研究，对于工频交流切向电场下超疏水涂层表面液滴具体的运动特性研究较少。因此，研究超疏水涂层表面液滴的电致运动特性，若利用工频电场下超疏水涂层表面液滴运动特性对液滴的运动加以控制和引导，将对于提高电气设备绝缘能力具有重要意义。

技术实现思路

1、为了解决上述问题，本发明提出了一种工频电场下超疏水表面液滴运动控制方法及系统，通过制备超疏水涂层试品，搭建实验平台，利用算法追踪液滴轨迹，深入研究工频电场下超疏水表面液滴运动特性，填补了该领域研究空白。可用于控制和引导液滴运动，有助于提高电气设备绝缘能力，降低大温差高湿度环境下电气设备因冷凝液滴导致的气绝缘性能下降风险，保障配电系统安全可靠运行。

2、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、第一方面，本发明提供一种工频电场下超疏水表面液滴运动控制方法，包括：

4、将含纳米二氧化硅、氟化物修饰剂及醋酸丁酯的混合分散液喷涂于基材表面，经高温固化形成超疏水涂层；

5、通过板-板电极或棒-棒电极施加工频交流电场，生成均匀或不均匀电场；

6、在超疏水涂层表面滴加液滴，获取超疏水涂层表面液滴运动状态，并基于形态增强跟踪模型实时生成液滴运动轨迹；

7、根据液滴运动轨迹与电场方向的关联性，调整外施电场强度或分布，实现液滴运动方向的定向引导。

8、优选地，所述混合分散液的制备包括将介孔纳米二氧化硅与全氟辛基三乙氧基硅烷在乙醇溶液中改性，再与环氧改性硅树脂按3:5:1比例混合后超声分散。

9、优选地，所述基于形态增强跟踪模型实时生成液滴运动轨迹，具体包括：

10、将初始帧图像及其目标检测框输入模板分支，将当前帧图像输入搜索分支；其中，两个分支在输入端均对帧图像进行边缘增强预处理，生成包含边缘响应信息的增强张量；将增强张量分别送入模板分支和搜索分支，经过模板分支得到模板特征，经过搜索分支得到搜索特征；

11、将模板特征与搜索特征进行互相关运算，生成响应图及粗定位框；

12、基于粗定位框，通过分割头提取二值轮廓，计算灰度加权质心，以质心坐标替代原框几何中心作为最终输出位置；并根据框内边缘梯度均值评估置信度，当置信度低于阈值时，暂停模板更新并调用卡尔曼滤波器进行位置预测；最终逐帧输出液滴中心坐标并按时序连接，生成完整运动轨迹。

13、优选地，所述液滴运动方向的定向引导包括通过调节板-板电极的均匀电场或棒-棒电极的不均匀电场分布，使液滴沿预设路径移动。

14、第二方面，本发明提供一种工频电场下超疏水表面液滴运动控制系统，包括：

15、超疏水涂层基材，用于将含纳米二氧化硅、氟化物修饰剂及醋酸丁酯的混合分散液喷涂于基材表面，经高温固化形成超疏水涂层；

16、电场生成模块，用于通过板-板电极或棒-棒电极施加工频交流电场，生成均匀或不均匀电场；

17、监测模块，用于在超疏水涂层表面滴加液滴，获取超疏水涂层表面液滴运动状态，并基于形态增强跟踪模型实时生成液滴运动轨迹；

18、控制模块，用于根据液滴运动轨迹与电场方向的关联性，调整外施电场强度或分布，实现液滴运动方向的定向引导。

19、第三方面，本发明提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现第一方面所述的一种工频电场下超疏水表面液滴运动控制方法中的步骤。

20、第四方面，本发明提供一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现第一方面所述的一种工频电场下超疏水表面液滴运动控制方法中的步骤。

21、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

22、（1）本发明采用纳米二氧化硅复配氟化物修饰剂制备超疏水涂层，喷涂成型工艺简便、基材适配范围广，涂层具备极低液滴黏附力，大幅削弱液滴运动阻力，保障液滴平稳滑移运动；基于工频交流电场驱动，搭配两种电极构型可灵活生成均匀/不均匀调控电场，调控方式简单、设备成本低；引入形态增强跟踪模型实时提取液滴运动轨迹，轨迹跟踪精度高、实时性强；基于轨迹与电场方向关联闭环调节电场强度、电场分布，实现液滴无接触、连续定向引导，操控灵活可调。本发明可用于控制和引导液滴运动，有助于提高电气设备绝缘能力，降低大温差高湿度环境下电气设备因冷凝液滴导致的气绝缘性能下降风险，保障配电系统安全可靠运行。

23、（2）本发明制备了一种超低表面能的超疏水涂层试品，用于测试超疏水涂层表面液滴的电致运动特性。低表面的超疏水涂层可以使液滴更为自由地移动，降低涂层表面粘滞力对液滴运动的影响，减小实验误差。

24、（3）本发明通过搭建电致运动实验平台，然后在板-板电极、棒-棒电极之间施加交流电场，测试均匀电场和不均匀电场条件下，超疏水涂层表面液滴的运动轨迹。为超疏水涂层表面液滴电致运动实验创造了良好的实验环境。

25、（4）本发明通过改进mmtracking单目标追踪算法中的siameserpn++框架，构建形态增强跟踪模型，实现了对液滴运动轨迹的追踪，并对液滴轨迹进行了绘制。该算法可靠高效，可以更为直观的观测交流电场下超疏水涂层表面液滴的运动特性。

26、（5）本发明通过电致运动特性实验和单目标追踪算法，得出了超疏水涂层表面的电致运动特性规律。同时利用仿真分析与实验结果进行了对比，验证了实验结果的准确性。

27、本发明附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

1.一种工频电场下超疏水表面液滴运动控制方法，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的工频电场下超疏水表面液滴运动控制方法，其特征在于，所述混合分散液的制备包括将介孔纳米二氧化硅与全氟辛基三乙氧基硅烷在乙醇溶液中改性，再与环氧改性硅树脂按3:5:1比例混合后超声分散。

3.如权利要求1所述的工频电场下超疏水表面液滴运动控制方法，其特征在于，所述基于形态增强跟踪模型实时生成液滴运动轨迹，具体包括：

4.如权利要求1所述的工频电场下超疏水表面液滴运动控制方法，其特征在于，所述液滴运动方向的定向引导包括通过调节板-板电极的均匀电场或棒-棒电极的不均匀电场分布，使液滴沿预设路径移动。

5.一种工频电场下超疏水表面液滴运动控制系统，其特征在于，包括：

6.如权利要求5所述的工频电场下超疏水表面液滴运动控制系统，其特征在于，所述混合分散液的制备包括将介孔纳米二氧化硅与全氟辛基三乙氧基硅烷在乙醇溶液中改性，再与环氧改性硅树脂按3:5:1比例混合后超声分散。

7.如权利要求5所述的工频电场下超疏水表面液滴运动控制系统，其特征在于，所述基于形态增强跟踪模型实时生成液滴运动轨迹，具体包括：

8.如权利要求5所述的工频电场下超疏水表面液滴运动控制系统，其特征在于，所述液滴运动方向的定向引导包括通过调节板-板电极的均匀电场或棒-棒电极的不均匀电场分布，使液滴沿预设路径移动。

9.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述程序被处理器执行时实现如权利要求1-4中任一项所述的工频电场下超疏水表面液滴运动控制方法中的步骤。

10.一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1-4中任一项所述的工频电场下超疏水表面液滴运动控制方法中的步骤。