[發明專利]溫控條件下多角度變狹縫間液滴行為演變檢測方法及裝置

有效

• 申請號: 201910911204.3
• 申請日: 2019-09-25
• 公開（公告）號: CN110736681B
• 公開（公告）日: 2021-11-09
• 發明（設計）人: 何利華;施錦磊;龔適;馮凱;黃燚;倪敬
• 申請（專利權）人: 杭州電子科技大學
• 主分類號: G01N11/00
• 分類號: G01N11/00;G01K7/02;G01M10/00
• 代理公司: 杭州君度專利代理事務所(特殊普通合伙) 33240
• 代理人: 黃前澤

1.溫控條件下多角度變狹縫間液滴行為演變檢測方法，其特征在于：采用的檢測裝置，包括支架模塊、狹縫間距調整模塊、角度偏轉控制模塊、模糊PID溫度控制模塊；其特征在于：所述的支架模塊包括立柱、底座和保護罩；所述的立柱固定在底座上；所述保護罩側部的滑槽與保護罩門構成滑動副，保護罩頂部設有提手；保護罩底部嵌入底座的卡槽內；

所述的狹縫間距調整模塊包括豎直伺服電機、安裝架、滑塊導向架、上載板支架座、上載板支架、鉸鏈式卡槽和電渦流位移傳感器；所述的安裝架固定在立柱側面；滑塊導向架固定在安裝架上；所述豎直伺服電機的底座固定在安裝架上；豎直伺服電機上設有編碼器；豎直伺服電機的輸出軸與絲桿固定，螺母塊與絲桿構成螺旋副，并與滑塊固定；絲桿通過軸承支承在安裝架上；所述的滑塊與滑塊導向架構成滑動副；上載板支架座固定在滑塊上；固定在上載板支架中部的伸出軸通過軸承支承在上載板支架座底部；所述的鉸鏈式卡槽包括鉸鏈套和鉸接軸；上載板支架一端與鉸鏈套固定；鉸接軸與鉸鏈套構成轉動副；鉸接軸中部開設有滑槽；鉸接軸采用磁性材料；所述上載板支架的底面設有卡扣；上載板支架上開設有安裝孔，電渦流位移傳感器固定在上載板支架的安裝孔內；電渦流位移傳感器的測頭豎直朝下設置，且出射點與上載板支架的底面共面；電渦流位移傳感器的信號輸出端接控制器，豎直伺服電機由控制器控制；

所述的角度偏轉控制模塊包括水平伺服電機、電機座、傳熱臺、鉸鏈和電磁鐵；所述的水平伺服電機和電磁鐵均由控制器控制；水平伺服電機的底座固定在電機座上，水平伺服電機的輸出軸與連接軸固定；所述的電機座固定在底座上；連接軸與電機座構成轉動副，并與傳熱臺中部固定；所述傳熱臺的一端與電磁鐵下部通過鉸鏈連接；電磁鐵上部與鉸接軸的滑槽構成滑動副；所述傳熱臺的頂面設有卡扣；鉸鏈與鉸鏈式卡槽的鉸接軸之間的中心距等于連接軸與上載板支架的伸出軸之間的中心距，且鉸鏈與連接軸的中心距等于鉸鏈式卡槽的鉸接軸與上載板支架的伸出軸之間的中心距；

所述的模糊PID溫度控制模塊包括溫控箱和熱電偶傳感器；所述的溫控箱固定在傳熱臺底面；所述的熱電偶傳感器固定在傳熱臺內，監測傳熱臺的溫度，并將溫度信號傳給溫控箱；

該方法具體如下：

步驟一：打開保護罩的保護罩門，控制器控制電磁鐵斷電；然后，控制器控制豎直伺服電機轉動，從而帶動絲桿轉動；絲桿轉動帶動滑塊、上載板支架座和上載板支架同步豎直向上滑動，其中，上載板支架沿著鉸鏈式卡槽的鉸接軸上的滑槽滑動；接著，將上載板通過卡扣扣緊在上載板支架底面，將下載板通過卡扣扣緊在傳熱臺頂面；最后，控制器控制豎直伺服電機和水平伺服電機均復位，復位后上、下載板均水平設置，且間距5cm；其中，水平伺服電機驅動傳熱臺轉動復位；

步驟二：調整高速顯微鏡，使焦距處于下載板中心部位；用5μl微量推進器向下載板中心部位滴入待測溶液，通過高速顯微鏡記錄液滴的初始形態演變，初始形態演變結束后，根據實驗需求，進行平板上或狹縫間液滴行為演變檢測；

(1)上、下載板間距保持不變，電磁鐵保持斷電狀態，關閉保護罩的保護罩門，進行平板上液滴行為演變檢測：

①溫控條件下平板上液滴行為演變檢測：控制器向溫控箱發出溫度控制指令，同時通過熱電偶傳感器監測傳熱臺溫度并反饋至溫控箱，進行溫度的實時調節，保證液滴溫度達到設定溫度，利用高速顯微鏡記錄液滴的演變狀態；

②溫控條件下角度連續變化時平板上液滴行為演變檢測：控制器向溫控箱發出溫度控制指令，同時通過熱電偶傳感器監測傳熱臺溫度并反饋至溫控箱，進行溫度的實時調節，保證液滴溫度達到設定溫度，然后控制器向水平伺服電機發出角度控制指令，水平伺服電機驅動下載板開始偏轉，同時高速顯微鏡記錄液滴的演變狀態；

(2)關閉保護罩的保護罩門，進行狹縫間液滴行為演變檢測：

①溫控條件下角度不變但狹縫間距連續變化時液滴行為演變檢測：首先，控制器向豎直伺服電機發出間距控制指令，豎直伺服電機驅動上載板開始向下載板靠近，直至上、下載板間距達到設定初值時停止；接著，控制器向溫控箱發出溫度控制指令，同時通過熱電偶傳感器監測傳熱臺溫度并反饋至溫控箱，進行溫度的實時調節，保證液滴溫度達到設定溫度；再接著，控制器控制電磁鐵通電，電磁鐵與鉸鏈式卡槽的鉸接軸吸合固定；控制器控制水平伺服電機帶動傳熱臺轉動至設定角度，此時，傳熱臺通過鉸鏈帶動電磁鐵擺動，電磁鐵再通過鉸鏈式卡槽的鉸接軸和鉸鏈套帶動與鉸鏈套固定的上載板支架，使得上載板支架與傳熱臺保持平行狀態；最后，控制器控制電磁鐵斷電，控制器向豎直伺服電機發出間距控制指令，豎直伺服電機驅動上載板開始離開下載板，高速顯微鏡記錄液滴的演變狀態；

②溫控條件下狹縫間距不變但角度連續變化時液滴行為演變檢測：首先，控制器向豎直伺服電機發出間距控制指令，豎直伺服電機驅動上載板開始向下載板靠近，直至上、下載板間距達到設定值時停止；接著，控制器向溫控箱發出溫度控制指令，同時通過熱電偶傳感器監測傳熱臺溫度并反饋至溫控箱，進行溫度的實時調節，保證液滴溫度達到設定溫度；最后，控制器控制電磁鐵通電，并向水平伺服電機發出角度控制指令，上、下載板開始同步偏轉，同時高速顯微鏡記錄液滴的演變狀態；

③溫控條件下狹縫角度與間距相繼變化時液滴行為演變檢測：步驟I、控制器向豎直伺服電機發出間距控制指令，豎直伺服電機驅動上載板開始向下載板靠近，直至上、下載板間距達到設定初值時停止；然后，控制器向溫控箱發出溫度控制指令，同時通過熱電偶傳感器監測傳熱臺溫度并反饋至溫控箱，進行溫度的實時調節，保證液滴溫度達到設定溫度；步驟II、控制器控制電磁鐵通電，并向水平伺服電機發出角度控制指令，上、下載板同時開始偏轉；當角度偏轉2°時，控制器控制水平伺服電機暫停偏轉，且控制電磁鐵斷電，并向豎直伺服電機發出間距控制指令，豎直伺服電機驅動上載板開始離開下載板；當間距增大0.2mm時，控制器控制豎直伺服電機暫停工作；步驟III、重復步驟II，狹縫角度與間距相繼連續發生變化，直至角度達到設定值時停止，高速顯微鏡記錄液滴的演變狀態；

步驟三：通過處理高速顯微鏡拍攝的圖像，提取出液跡輪廓，即得到液滴的初始形態和不同時間點的瞬時形態；比較相鄰兩幀圖像液跡在流動方向上的距離變化，結合顯微鏡的采樣頻率，即得到液滴在流動方向上的瞬時速度。