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专利号: 2019109112043
申请人: 杭州电子科技大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.温控条件下多角度变狭缝间液滴行为演变检测方法,其特征在于:该方法具体如下:

步骤一:打开保护罩的保护罩门,控制器控制电磁铁断电;然后,控制器控制竖直伺服电机转动,从而带动丝杆转动;丝杆转动带动滑块、上载板支架座和上载板支架同步竖直向上滑动,其中,上载板支架沿着铰链式卡槽的铰接轴上的滑槽滑动;接着,将上载板通过卡扣扣紧在上载板支架底面,将下载板通过卡扣扣紧在传热台顶面;最后,控制器控制竖直伺服电机和水平伺服电机均复位,复位后上、下载板均水平设置,且间距5cm;其中,水平伺服电机驱动传热台转动复位;

步骤二:调整高速显微镜,使焦距处于下载板中心部位;用5μl微量推进器向下载板中心部位滴入待测溶液,通过高速显微镜记录液滴的初始形态演变,初始形态演变结束后,根据实验需求,进行平板上或狭缝间液滴行为演变检测;

(1)上、下载板间距保持不变,电磁铁保持断电状态,关闭保护罩的保护罩门,进行平板上液滴行为演变检测:

①温控条件下平板上液滴行为演变检测:控制器向温控箱发出温度控制指令,同时通过热电偶传感器监测传热台温度并反馈至温控箱,进行温度的实时调节,保证液滴温度达到设定温度,利用高速显微镜记录液滴的演变状态;

②温控条件下角度连续变化时平板上液滴行为演变检测:控制器向温控箱发出温度控制指令,同时通过热电偶传感器监测传热台温度并反馈至温控箱,进行温度的实时调节,保证液滴温度达到设定温度,然后控制器向水平伺服电机发出角度控制指令,水平伺服电机驱动下载板开始偏转,同时高速显微镜记录液滴的演变状态;

(2)关闭保护罩的保护罩门,进行狭缝间液滴行为演变检测:

①温控条件下角度不变但狭缝间距连续变化时液滴行为演变检测:首先,控制器向竖直伺服电机发出间距控制指令,竖直伺服电机驱动上载板开始向下载板靠近,直至上、下载板间距达到设定初值时停止;接着,控制器向温控箱发出温度控制指令,同时通过热电偶传感器监测传热台温度并反馈至温控箱,进行温度的实时调节,保证液滴温度达到设定温度;

再接着,控制器控制电磁铁通电,电磁铁与铰链式卡槽的铰接轴吸合固定;控制器控制水平伺服电机带动传热台转动至设定角度,此时,传热台通过铰链带动电磁铁摆动,电磁铁再通过铰链式卡槽的铰接轴和铰链套带动与铰链套固定的上载板支架,使得上载板支架与传热台保持平行状态;最后,控制器控制电磁铁断电,控制器向竖直伺服电机发出间距控制指令,竖直伺服电机驱动上载板开始离开下载板,高速显微镜记录液滴的演变状态;

②温控条件下狭缝间距不变但角度连续变化时液滴行为演变检测:首先,控制器向竖直伺服电机发出间距控制指令,竖直伺服电机驱动上载板开始向下载板靠近,直至上、下载板间距达到设定值时停止;接着,控制器向温控箱发出温度控制指令,同时通过热电偶传感器监测传热台温度并反馈至温控箱,进行温度的实时调节,保证液滴温度达到设定温度;最后,控制器控制电磁铁通电,并向水平伺服电机发出角度控制指令,上、下载板开始同步偏转,同时高速显微镜记录液滴的演变状态;

③温控条件下狭缝角度与间距相继变化时液滴行为演变检测:步骤I、控制器向竖直伺服电机发出间距控制指令,竖直伺服电机驱动上载板开始向下载板靠近,直至上、下载板间距达到设定初值时停止;然后,控制器向温控箱发出温度控制指令,同时通过热电偶传感器监测传热台温度并反馈至温控箱,进行温度的实时调节,保证液滴温度达到设定温度;步骤II、控制器控制电磁铁通电,并向水平伺服电机发出角度控制指令,上、下载板同时开始偏转;当角度偏转2°时,控制器控制水平伺服电机暂停偏转,且控制电磁铁断电,并向竖直伺服电机发出间距控制指令,竖直伺服电机驱动上载板开始离开下载板;当间距增大0.2mm时,控制器控制竖直伺服电机暂停工作;步骤III、重复步骤II,狭缝角度与间距相继连续发生变化,直至角度达到设定值时停止,高速显微镜记录液滴的演变状态;

步骤三:通过处理高速显微镜拍摄的图像,提取出液迹轮廓,即得到液滴的初始形态和不同时间点的瞬时形态;比较相邻两帧图像液迹在流动方向上的距离变化,结合显微镜的采样频率,即得到液滴在流动方向上的瞬时速度。

2.根据权利要求1所述的温控条件下多角度变狭缝间液滴行为演变检测方法,其特征在于:所述的液滴状态行为演变指液滴在平板上或狭缝间的流动形态、流动速度和流动方向的改变过程。

3.温控条件下多角度变狭缝间液滴行为演变检测装置,包括支架模块、狭缝间距调整模块、角度偏转控制模块、模糊PID温度控制模块;其特征在于:所述的支架模块包括立柱、底座和保护罩;所述的立柱固定在底座上;所述保护罩侧部的滑槽与保护罩门构成滑动副,保护罩顶部设有提手;保护罩底部嵌入底座的卡槽内;

所述的狭缝间距调整模块包括竖直伺服电机、安装架、滑块导向架、上载板支架座、上载板支架、铰链式卡槽和电涡流位移传感器;所述的安装架固定在立柱侧面;滑块导向架固定在安装架上;所述竖直伺服电机的底座固定在安装架上;竖直伺服电机上设有编码器;竖直伺服电机的输出轴与丝杆固定,螺母块与丝杆构成螺旋副,并与滑块固定;丝杆通过轴承支承在安装架上;所述的滑块与滑块导向架构成滑动副;上载板支架座固定在滑块上;固定在上载板支架中部的伸出轴通过轴承支承在上载板支架座底部;所述的铰链式卡槽包括铰链套和铰接轴;上载板支架一端与铰链套固定;铰接轴与铰链套构成转动副;铰接轴中部开设有滑槽;铰接轴采用磁性材料;所述上载板支架的底面设有卡扣;上载板支架上开设有安装孔,电涡流位移传感器固定在上载板支架的安装孔内;电涡流位移传感器的测头竖直朝下设置,且出射点与上载板支架的底面共面;电涡流位移传感器的信号输出端接控制器,竖直伺服电机由控制器控制;

所述的角度偏转控制模块包括水平伺服电机、电机座、传热台、铰链和电磁铁;所述的水平伺服电机和电磁铁均由控制器控制;水平伺服电机的底座固定在电机座上,水平伺服电机的输出轴与连接轴固定;所述的电机座固定在底座上;连接轴与电机座构成转动副,并与传热台中部固定;所述传热台的一端与电磁铁下部通过铰链连接;电磁铁上部与铰接轴的滑槽构成滑动副;所述传热台的顶面设有卡扣;铰链与铰链式卡槽的铰接轴之间的中心距等于连接轴与上载板支架的伸出轴之间的中心距,且铰链与连接轴的中心距等于铰链式卡槽的铰接轴与上载板支架的伸出轴之间的中心距;

所述的模糊PID温度控制模块包括温控箱和热电偶传感器;所述的温控箱固定在传热台底面;所述的热电偶传感器固定在传热台内,监测传热台的温度,并将温度信号传给温控箱。

4.根据权利要求3所述的温控条件下多角度变狭缝间液滴行为演变检测装置,其特征在于:所述的保护罩采用透明亚克力板制作。

5.根据权利要求3所述的温控条件下多角度变狭缝间液滴行为演变检测装置,其特征在于:所述的滑块导向架上固定设有限位板。

6.根据权利要求3所述的温控条件下多角度变狭缝间液滴行为演变检测装置,其特征在于:所述的伸出轴上固定有指针,上载板支架座上固定有量角器;所述的量角器上标有圆周刻度0~180°。

7.根据权利要求3所述的温控条件下多角度变狭缝间液滴行为演变检测装置,其特征在于:所述的水平伺服电机驱动载板倾斜的角度范围为-60°~60°。

8.根据权利要求3所述的温控条件下多角度变狭缝间液滴行为演变检测装置,其特征在于:所述温控箱的温控范围为40~250℃。

9.根据权利要求3所述的温控条件下多角度变狭缝间液滴行为演变检测装置,其特征在于:所述的控制器与人机界面通讯;人机界面上设有温度、角度以及间距设定按钮,并反馈温度、角度、间距的实时状态;人机界面上还设有竖直伺服电机以及水平伺服电机的转角点动控制按钮和转角自动控制按钮。