[發明專利]一種基于電場偏轉的液體微滴尺寸檢測裝置

有效

• 申請號: 202110633183.0
• 申請日: 2021-06-07
• 公開（公告）號: CN113218827B
• 公開（公告）日: 2022-08-09
• 發明（設計）人: 鐘宋義;魯耀輝;蒲華燕;孫鈺;楊揚;辛立明;段超群;劉富檣;劉志杰;孟獻兵
• 申請（專利權）人: 上海大學
• 主分類號: G01N15/02
• 分類號: G01N15/02;G01B7/12
• 代理公司: 上海新隆知識產權代理事務所(普通合伙) 31366
• 代理人: 金利琴

本發明公開了一種基于電場偏轉的液體微滴尺寸檢測裝置，用于解決現有的帶電液滴尺寸檢測方法需要高放大倍數的顯微鏡等問題。該裝置通過兩塊平行電極板建立一個勻強電場，使帶電液滴在電場中發生偏轉，同時基板上連有一電流計，當液滴沉積到基板上時會有瞬間的電流流過，通過該電流可以間接的得到液滴的電荷量，電場的方向為水平向，只改變液滴的水平方向運動狀態，經過運動學分析即可以得到液滴在水平方向上移動距離與電荷量、質量之間的關系，借助此關系式計算出液滴的尺寸。本發明可以在電場噴霧或電場按需噴射等加工過程中實時監控液滴的尺寸，有利于工藝參數的及時調整，同時其結構簡單，操作較為方便。

技術領域

本發明涉及一種基于電場偏轉的液體微滴尺寸檢測裝置，屬于液滴形貌檢測領域。

背景技術

在類似于電場噴霧等技術中，會產生微米至納米級的帶電液滴。通過檢測液滴的尺寸大小，可以對工藝參數進行針對性的優化。最常見的檢測液滴大小的方式就是通過顯微鏡觀察沉積的液滴，或者是通過攝像機拍攝后用圖像處理方法測量。此類方法使用的較多，相關文獻如CN104089857B。這種方式精度比較高，適用范圍廣，且不論液滴是否帶電均可以使用，但是需要高放大倍數的顯微鏡或高速攝像機。對于某些尺寸在納米級別的液滴，可能需要使用掃描電鏡，這對檢測設備提出了很高的要求。另一方面，利用顯微鏡觀察測量液滴大小的方式必須在加工完成后才能進行，這導致無法實時監控設備的工作狀態，也無法及時的做出調整。

另外一種方式是通過測量液滴的帶電荷量間接測量液滴大小。通過實驗總結出來的經驗公式來推斷液滴的直徑。這種方式雖然操作較為簡便，但往往并不準確。很多情況下液滴的帶電量并不與其大小有著確定的關系，所以該方法使用較少。

除此之外還可以使用光學方法來測量噴霧液滴直徑。利用激光照射噴霧區域，通過激光經過噴霧區域時產生的折射等信息來間接得到液滴的粒徑、折射率等相關信息。但這種方法較為復雜，需要專門的算法程序。類似的文獻如CN203785996U、CN208255011U等。

在電場中，帶電液滴會受到電場力作用而發生偏轉，偏轉的加速度與液滴的質量以及液滴的帶電量有關。如果液滴在運動過程中未發生質量損失，那么液滴的大小不會發生變化。此時通過運動學計算，就可以建立液滴質量與其帶電量的關系，進一步推導可獲得液滴直徑等相關信息。

發明內容

為了解決現有液體微滴尺寸檢測裝置不準確或需要高放大倍數的顯微鏡等問題，本發明提出一種基于電場偏轉的液體微滴尺寸檢測裝置。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：

一種基于電場偏轉的液體微滴尺寸檢測裝置，包括激光源A，高壓極板，激光源B，基板，接地極板，接收器A，計算機，接收器B，電流計，和置于所述基板下方的攝像機；其中激光源A發出的激光由接收器A接收，激光源B發出的激光由接收器B接收，所述激光源A和激光源B平行置于所述高壓極板的左側，所述接收器A和接收器B相應置于所述接地極板的右側；高壓極板和接地極板均可以導電且平行設置，高壓極板上施加有一定的電壓，而接地極板接地；基板可以導電并接地，且置于所述高壓極板和接地極板的下方，同時在接地線上串聯有一電流計；接收器A、接收器B、電流計以及攝像機由計算機監測。

同時在該裝置中，激光源A發出的激光由接收器A接收，激光源B發出的激光由接收器B接收。當液滴進入高壓極板和接地極板之間時，會擋住激光源A發出的激光，使得接收器A產生一個信號。當液滴穿出高壓極板和接地極板之間時，會擋住激光源B發出的激光，使得接收器B產生一個信號。另外，當電流計有電流流過時，會產生一個信號。這三個信號均會傳輸到計算機中，并由計算機記錄下接收到信號的時間點。另外，基板透明且帶有刻度。

本發明中，所述液滴在高壓極板與接地極板之間運動時，可以列出以下方程：