[发明专利]基于感应电流和机器视觉的静电微滴喷射状态检测方法

权利要求书

1.基于感应电流和机器视觉的静电微滴喷射状态检测方法，其特征在于：包括电流体动力学微液滴喷射装置和喷射状态检测模块；

电流体动力学微液滴喷射装置由四部分组成：供液系统、喷嘴、收集装置和高压电源；供液系统是由储液仓和U型管构成，储液仓底部连接U型管的一端，U型管的另外一端连接喷嘴，此供液系统通过调节储液仓的位置或者储液仓的液面来调节供液速度；在喷嘴处连接高压电源的正极，高压电源的负极连接光学平台；接收装置在喷嘴的正下方，用于收集喷射出的微液滴；

喷射状态检测模块包括机器视觉检测模块以及感应电流检测模块；机器视觉检测模块包含一个工业相机以及LED灯；调节LED灯和工业相机以及喷嘴，使三者在同一直线上，在PC上观测相机的成像，收集喷嘴处的液面变化过程的图片；感应电流模块包括用于测量收集电极上感应电流的电流放大器、金属探针以及电子示波器；

当施加一定的高电压，在合适的供液速度下，喷嘴处的液体就会在电场力的作用下进行喷射出连续的微液滴即滴注模式；

在测量感应电流的时候，在接收装置中放入少量的实验中的溶液，把金属探针放入接收装置中溶液中，在高压电的作用下，包含电荷的微液滴喷射到接收装置中，在接收装置中的溶液会感应出微安或纳安级数量级电流；探针连接一个电流放大器，对待测的小电流进行放大，然后通过电子示波器进行观测以及记录；收集电极处的感应电流Ic；

机器视觉检测方法：通过工业相机采集喷嘴处的图像；拍照采用传统的背光照明方法，使得喷嘴处于照明光源与工业相机之间；经过机器视觉软件处理，得到液面的轮廓；由于EHD喷射过程中，液面是轴对称的，根据液面轮廓计算出喷嘴处液体的体积V，计入与喷嘴保持联通的液体体积；如果图像中同时存在产生的微液滴；微液滴的体积并不包含在V中；由于喷嘴处的液体几何尺寸大于微液滴的直径；通过对比感应电流I_C和喷嘴处液体体积V随时间变化情况区分三种喷射状态，在电压较低的情况下，液面在电场力作用下形变形成泰勒锥，泰勒锥末端断裂形成微液滴而后液面回缩；在持续供液下，喷嘴处液体体积继续积累，并在电场力作用下发生下一次喷射，这种喷射状态频率低、喷射具有周期性标记为状态A；在较高的电压下，液面在电场力和液体表面张力的作用下发生轴向振荡，振荡频率高于前述状态A的喷射频率，液面每次振荡都会形成泰勒锥，但并不伴随微液滴喷射，液面在经历若干次振荡后才断裂喷射出一个微液滴，标记为状态B；在更高的电压下，液面振荡，振荡频率与状态B中振荡频率类似，每次振荡形成泰勒锥，泰勒锥末端会发生断裂喷射出微液滴，标记为状态C。

2.根据权利要求1所述的基于感应电流和机器视觉的静电微滴喷射状态检测方法，其特征在于：

感应电流检测方法：收集电极处的感应电流I_C由电流放大器检测；随着喷嘴处液面的形变和断裂、微液滴下落，收集电极上的感应电荷发生变化，从而产生感应电流；感应电流I_C由反映出液面的形变过程；每次液面伸长成为泰勒锥然后回缩的过程，电流放大器的输出信号都会出现一个脉冲峰值；电流放大器采用微安或纳安级电流放大电路。