[發明專利]一種微米毛細管氣液動態相界面測試系統

有效

• 申請號: 201810875914.0
• 申請日: 2018-08-03
• 公開（公告）號: CN109100485B
• 公開（公告）日: 2019-12-03
• 發明（設計）人: 雷達;林緬;江文濱;曹高輝;徐志朋;李曹雄;姬莉莉
• 申請（專利權）人: 中國科學院力學研究所
• 主分類號: G01N33/24
• 分類號: G01N33/24
• 代理公司: 11390 北京和信華成知識產權代理事務所(普通合伙)
• 代理人: 胡劍輝<國際申請>=<國際公布>=<進入

1.一種微米毛細管氣液動態相界面測試系統，其特征在于，包括：

微流動芯片，用于供測試液體通過，設置有微米毛細管通道；

壓力控制管路，包括通過管路與所述微流動芯片連接的注射泵，在管路上安裝有檢測壓力的壓力傳感器；

移動平臺，包括作為支撐的基座，和安裝在基座上的絲杠，通過螺紋套在絲杠上沿直線移動的移動座，驅動絲杠轉動的電機，所述微流動芯片安裝在移動座上；

攝像單元，設置在所述微流動芯片的上方，用于獲取測試液體的相界面圖像并輸出；

控制系統，根據所述壓力傳感器的信息控制所述注射泵的注射過程，同時控制所述電機使所述微流動芯片的水平移動速度與所述微流動芯片內的測試液體移動速度相同且方向相反，控制所述電機的步驟如下：

設所述移動座的速度為v，根據：

n＝f/k

其中，n為電機的轉速，f為控制系統發出的脈沖信號頻率，k為轉頻比；則：

v＝L_pn

L_p為已知絲杠的螺距；根據實時顯微圖像判斷得到相界面的運動方向及速度后，通過得到的移動座速度v反推出電機轉速后即可控制所述微流動芯片同步相反移動，以使測試液體形成的相界面始終保持在所述攝像單元的視野范圍內；

還包括反推相界面的位移和速度的過程，過程如下：設所述移動座從0時刻到t時刻的位移為s，根據位移公式：

控制從時刻0開始，每隔Δt的時間間隔記錄移動座的速度v_i，i＝1,2,3…m，到時刻t時總共記錄了m個速度數據，則該式可以離散成：

其中，Δt的取值依賴于實際操作過程中所述移動座的速度變化；通過圖像識別算法得到任意時刻相界面上兩個接觸點到圖像左端的距離d_A和d_B，則任意時刻相界面的位移x為：

相對相界面的位移x，相界面的速度V是位移x的一階導數對位移x以中心差分格式對位移數據進行求導，其中，假設x中包含m個數據，i及x的角標表示位移數據的編號：

由此得到相界面的速度。

2.根據權利要求1所述的一種微米毛細管氣液動態相界面測試系統，其特征在于，

使相界面始終自動維持在所述攝像單元的視野寬度的中間的方法如下：

其中，V為實時采集的相界面速度，d為相界面在攝像單元的視野寬度中距離左邊緣的距離，v為移動座的速度，τ_v為時間常數，其物理意義為從將相界面偏離攝像單元的視野中央的距離d-W_s/2降到0所需要的時間，W_s為攝像單元的視野寬度。

3.根據權利要求1所述的一種微米毛細管氣液動態相界面測試系統，其特征在于，

所述微流動芯片為透明材料制成的板狀結構，一面上設置有內凹的凹槽，在所述凹槽上蓋有貼合所述凹槽上表面的蓋板，所述微米毛細管通道設置在所述凹槽內且以陣列方式設置有多個，每個所述微米毛細管通道的兩端分別設置有進液區和出液區；所述微米毛細管通道的寬度為10～100μm，所述進液區和所述出液區的寬度至少為所述微米毛細管通道寬度的15～20倍。

4.根據權利要求3所述的一種微米毛細管氣液動態相界面測試系統，其特征在于，

所述進液區和所述出液區為水滴形且水滴形的尖端與所述微米毛細管通道連通，在所述進液區和所述出液區內分別均勻地設置有多根垂直的防止微米塌陷的立柱，所述立柱以環形的方式逐圈布置，且中間留出所述進液孔和所述出液孔的設置空間；在所述進液區的中間設置有底部開口的進液孔，在所述出液區的中間設置有底部開口的出液孔。

5.根據權利要求3所述的一種微米毛細管氣液動態相界面測試系統，其特征在于，

所述移動座的上表面安裝有兩個相對間隔且垂直的支撐板，在兩個所述支撐板的相對面上分別安裝有固定所述微流動芯片的固定臺；在所述移動座上設置有多個安裝孔，所述支撐板通過L形折片利用所述移動座上的安裝孔與所述移動座固定，在所述支撐板上設置有垂直于放置后所述微流動芯片的滑動槽，所述固定臺通過所述滑動槽可調節的安裝在所述支撐板上。