[發(fā)明專利]一種具有反饋控制功能的液滴發(fā)生器及其反饋控制方法

在審

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• 申請日: 2020-10-27
• 公開（公告）號: CN112317222A
• 公開（公告）日: 2021-02-05
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 付新;陳俊逵;胡亮;阮曉東
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號: B05B17/04
• 分類號: B05B17/04;B05B12/00
• 代理公司: 杭州君度專利代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 33240
• 代理人: 朱亞冠

本發(fā)明提供了一種具有反饋控制功能的液滴發(fā)生器及其反饋控制方法，本發(fā)明壓力保持組件向容腔內(nèi)部供給液體并保持相對于外部環(huán)境的正壓；還包括連通容腔內(nèi)部和外部環(huán)境的噴孔，用于噴射液體流；噴孔附近設(shè)置振動擾動組件，振動擾動組件具有激振元件，激振元件與噴孔所在構(gòu)件連接，激振元件傳遞振動至噴孔；還包括反饋控制組件，反饋控制組件包括振幅檢測傳感器。對噴孔的振幅進(jìn)行反饋控制，使噴孔的振幅在液滴發(fā)生器工作參數(shù)改變后仍然保持穩(wěn)定，噴孔的振幅穩(wěn)定使液滴的形狀和尺寸穩(wěn)定，從而提高裝置產(chǎn)生的液滴的質(zhì)量。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及液滴發(fā)生器技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種具有反饋控制功能的液滴發(fā)生器及其反饋控制方法。

背景技術(shù)

射流的瑞利失穩(wěn)是一種界面流體力學(xué)原理，指射流在給定頻率的振動擾動下，會自動斷裂成和給定頻率一致的液滴。基于射流瑞利失穩(wěn)的微液滴發(fā)生裝置，能產(chǎn)生頻率、尺寸、液滴間距可調(diào)節(jié)的微米級的液滴，并且特別適用于例如通量超過10000滴/秒的高通量液滴需求場合，在工業(yè)中有廣泛的應(yīng)用，如噴墨打印、生物制藥、增材制造及產(chǎn)生EUV光刻機(jī)光源靶滴等。

根據(jù)設(shè)置方式不同，振動擾動組件可以分為內(nèi)置式和外置式。內(nèi)置式的振動擾動組件，由正弦信號源產(chǎn)生信號，經(jīng)壓電陶瓷變換為機(jī)械振動后傳遞給變幅桿，變幅桿再將振動傳遞給液體。外置式的振動擾動組件，由正弦信號源產(chǎn)生信號，經(jīng)壓電陶瓷變換為機(jī)械振動后通過壓緊環(huán)傳遞給孔板，孔板再將振動傳遞給液體。但不論是哪種形式，整個系統(tǒng)均為開環(huán)狀態(tài)；為了調(diào)節(jié)產(chǎn)生液滴的頻率，需要改變信號源的頻率而保持其振幅；由于結(jié)構(gòu)具有隨頻率變化的振幅響應(yīng)特性，在改變激勵信號頻率后，現(xiàn)有的內(nèi)置式或外置式振動擾動組件傳遞到射流上的實際振幅常會發(fā)生變化，例如，增大頻率時，實際振幅會減小，減小頻率時，實際振幅會變大；但是，當(dāng)振幅過大時，產(chǎn)生的液滴會出現(xiàn)霧化現(xiàn)象，而當(dāng)振幅過小時，射流的長度會變長，衛(wèi)星液滴會變大，從而液滴的抖動也會變大，兩種情況都會使液滴的質(zhì)量降低。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種具有反饋控制功能的液滴發(fā)生器及其反饋控制方法，液滴發(fā)生器具有振幅檢測傳感器，檢測噴孔的振幅，對噴孔的振幅進(jìn)行反饋控制，使噴孔的振幅在液滴發(fā)生器工作參數(shù)改變后仍然保持穩(wěn)定。

一種具有反饋控制功能的液滴發(fā)生器，包括容納液體的容腔、壓力保持組件以及振動擾動組件；壓力保持組件向容腔內(nèi)部供給液體并保持相對于外部環(huán)境的正壓；還包括連通容腔內(nèi)部和外部環(huán)境的噴孔，用于噴射液體流；噴孔附近設(shè)置振動擾動組件，振動擾動組件具有激振元件，激振元件與噴孔所在構(gòu)件連接，激振元件傳遞振動至噴孔；還包括反饋控制組件，反饋控制組件包括振幅檢測傳感器。

所述振動擾動組件還包括振桿，振桿的一端連接于激振元件，振桿的另一端由容腔的內(nèi)部延伸至出液口附近，激振元件通過支撐件固定于容腔的內(nèi)部或外部。

所述振幅檢測傳感器是激光位移傳感器。

所述噴孔位于孔板上，孔板固定連接于所述容腔壁面。

所述振幅檢測傳感器檢測孔板的振幅，具體檢測孔板振動波腹處的振幅。

所述激振元件采用壓電片或壓電陶瓷。

還包括壓力傳感器和/或溫度傳感器，監(jiān)測容腔內(nèi)部液體的壓力和/或溫度。

在所述的出液口中設(shè)置過濾器。

一種液滴發(fā)生器的反饋控制方法，包括如下步驟：

步驟1.1：開機(jī)試運(yùn)行液滴發(fā)生器，預(yù)估設(shè)置噴孔的初始振幅設(shè)定值，控制器控制作用于激振元件的信號功率，使用激光位移傳感器檢測噴孔的振幅；

步驟1.2：檢測液滴發(fā)生器產(chǎn)生的液滴直徑、連續(xù)多個液滴的直徑偏差、以及液滴頻率參數(shù)；

步驟1.3：調(diào)節(jié)振幅設(shè)定值，控制器控制噴孔振幅至振幅設(shè)值，使液滴直徑和頻率符合預(yù)期，并且連續(xù)多個液滴的直徑偏差在預(yù)期范圍內(nèi)；