基于声表面波传感技术的微液滴检测方法

为了提高声表面波(SAW)技术用于微液滴体积测量的精度,提出了一种差分面积拟合法.根据声表面波信号的特点分析了差分面积拟合法的合理性,在自行研制的声表面波液滴体积检测系统上对该方法的应用进行了验证.采用两种黏性不同的微液滴,分别为5～9μL的微水滴和微油滴进行了测量.对测得的信号分别采用曲线峰值法和差分面积拟合法与微液滴大小进行回归.实验结果表明,采用差分面积拟合法进行回归得到的模型的相关系数相比采用峰值法提高了4%以上,同时对两种微液滴的预测均方根误差(RMSEP)减小了37%以上,从而证明了该方法的有效性.     

振动作用下平直翅片管结霜初期微液滴运动过程数值模拟

平直翅片管换热器在低温高湿环境中工作极易发生结霜现象,造成能耗增加、故障率升高,而对结霜初期的微液滴施加振动作用可以加速微液滴的滑落过程从而达到抑制结霜的效果。对结霜前期微液滴的生长过程进行数值模拟分析,并通过文献值验证了数值模拟的可靠性,然后利用不同时刻的微液滴数据,通过数值模拟的方式,研究不同振动频率作用下微液滴的运动特性,最后搭建试验平台进行验证。研究结果发现,不同体积的微液滴对应的最优振动频率有所不同,当微液滴体积较小时,较高的振动频率使微液滴在基管壁面来回振荡,不易滑落,当微液滴体积较大时,较高的振动频率有利于微液滴克服壁面摩擦力,有利于液滴滑落。     

图像分析法测量液滴接触角

接触角是表征液体对固体润湿程度的重要参数,本文采用基于Matlab计算软件的图像分析法测量液滴接触角。首先使用图像增强、去噪、锐化手法对CCD采集到的液滴图像进行预处理;再运用Canny多阶段优化算子提取液滴轮廓线;最后以多项式为拟合框架,获得了接触角稳定状态下液滴轮廓区间和接触角测量结果。本文为接触角测量技术提供了一种有效实用的方法。     

测量水中微气泡尺度分布的图像处理

针对水中微气泡尺度分布参数在线测量的需求,提出了一种测量水中微气泡尺度分布的图像处理与分析方法。以在实验室显微照相拍摄的水中微气泡图像为研究对象,阐述了该方法所采用的图像增强、图像分割、图像形态学处理和图像颗粒测量的具体手段,给出了其中单幅微气泡图像的尺度分布测量结果。实验与分析结果表明,该方法能有效地获取水中微气泡的尺度分布,并能分离粘连气泡,可应用于水中气泡群参数的在线检测。     

基于电液动力学方法的非连续药物传输系统微液滴形成和中和效应分析(英文)

应用电液动力学方法形成微液滴是目前非连续药物传输微系统发展中的关键问题.本文介绍了一种基于电液动力学原理,可有效形成微液滴的药物传输系统.系统参数包括:外加电场1 500 V,两电极距离100μm,针管内径20μm,整体体积为2 mm×2 mm×3 mm.基于微电液动力学原理、微流体效应、带电颗粒中和和药品物理性质,详细分析了微液滴的形成过程,理论计算出微液滴的尺寸和形成时间.根据设计,需要8.5 ms可形成体积为2.83 nL的微小液滴.此项研究提供了一种基于电液动力学方法的可重复、稳定、可控地形成微流体的药物传输微系统.     

微通道微滴的图像干扰信息去除与微滴体积计算

高速摄影得到的微通道微滴图像包含五部分:完整微滴、微通道背景、微通道边界、微滴内部反光区和残缺微滴;其中,完整微滴为目标信息,其余四部分为干扰信息。本文结合OpenCV库,提出了一种改进的完整微滴目标信息提取方法。采用轮廓拓扑信息方法,内外轮廓判据消除微滴内部反光区,轮廓宽长比判据消除微通道边界,圆度判据消除残缺微滴图像信息,重构得到完整微滴的轮廓;以轮廓的几何中心作为像素填充种子点,得到完整微滴的图像信息。针对完整微滴的体积计算,提出了积分法体积计算模型,引入了横截面椭圆修正系数k,计算得到结果与实际测量结果一致性好,优于传统的当量直径体积计算模型。     

锥管微通道连续相粘度影响的实验研究

微流控指的是使用微通道操纵微小流体的系统所涉及的科学和技术。微流控技术在微通道中可以完成对液滴体积的精确控制、单个液滴的操控、节省原材料、大批量生产单分散液滴等。液液两相流在生物和化学分析方面是一种具有良好应用前景的工具。本文采用共轴微通道结构,设计了α=2. 8°共轴微通道试样,研究微通道中石蜡/乙醇两相流收敛角和两相粘度对流型图、液滴特征直径的影响。     

用于微球球度测量的双SPM测头对准系统

压电微音叉与钨探针结合,构成SPM(扫描探针显微镜)的扫描测头。将双测头对称置于微球的赤道圆截面处,构成微球球度差动测量系统。通过视觉引导系统对双测头进行粗对准,用视频显微镜对微球和测头分别聚焦,拍摄多组照片,然后对对准图像进行小波分析边缘检测及多图像融合处理,再将图像处理结果反馈到系统进行精确对准。在实际实验中,获得了该对准方法下微球赤道圆截面的测量结果,并分析了对准误差对系统测量结果带来的影响。     

利用图像拼接实现微结构的大视场测量

为实现基于图像的飞秒激光烧蚀硅晶片光斑阵列的完整测量,对采集的多幅光斑阵列图像拼接,得到完整的飞秒激光烧蚀光斑阵列图像。首先,对飞秒激光烧蚀光斑图像进行增强处理,对光斑进行方形拟合提取中心点,获取每两个中心点间的像素值,运用线纹对微视觉测量系统标定,获得像素尺寸与几何尺寸之间的比例系数,根据比例系数对像素尺寸与几何尺寸进行换算,得到对光斑阵列的视觉测量值;最后,用拼接后的光斑阵列进行图像测量,得到测量尺寸与实际尺寸间的误差平均值为3.00%。经实验验证,利用图像拼接对微视觉系统大视场微结构进行图像测量是可行的。     

聚丙烯中空纤维膜疏水性能测试方法研究

采用切线法测量聚丙烯中空纤维膜的静态接触角,考察实验条件如平衡时间、滴液体积以及环境温湿度对膜接触角的影响,根据相对标准偏差确定接触角测试条件.在此基础上,采用原子力显微镜进行膜表面形貌表征,测量并比较聚丙烯初生纤维和商品膜的接触角,分析表面粗糙度对膜疏水性能的影响.结果表明,当液滴体积小于0.1μL,避免了液滴重力对接触角的影响,环境温湿度和平衡时间是影响测量结果的主要因素.规则的微孔结构使膜表面粗糙度增大,形成毛细效应,有效阻止了液滴铺展和滑移,膜疏水性能显著提高.当液滴体积为0.04μL,环境温度为(20±2)℃,湿度为(25±4)%~(65±4)%,液滴平衡时间为15s,膜接触角为111.2°~107.8°,相对标准偏差小于5%.     

图像式液滴分析仪的研究

为了保护消费者的合法权益 ,技术监督部门要经常识别假酒、假饮料等。对于酒类和饮料生产部门来说 ,为保证产品质量经常要进行品质分析。目前通常的作法是用化学分析法 ,有时则需要使用多种仪器分别进行测量 ,而测量结果差异较大 ,判断难度也较大。采用液滴分析技术是一种综合方法 ,它可以直接或间接同时测出液体的多种物理和化学参数。而利用液滴的形成过程的差异 ,可以很容易鉴别两种液体的细微差别。因为 ,在一定条件下液滴的体积大小与液体的质量、浓度、粘度、表面张力等有关。利用摄像的方法 ,可以找到液滴生长过程与体积之间的变化关…     

基于MAP与POCS混合算法的微内腔尺寸测量方法

光纤微力接触式测量方法是测量内腔体尺寸的一种新方法,但其采集的图像受光学系统景深等各种因素的影响而使其质量下降,从而导致测量精度的下降.为此提出了一种基于最大后验概率算法与凸集投影算法的混合处理方法,以提高测量精度.该处理方法结合MAP整体收敛性好和POCS细节保持能力强的特点,首先利用MAP算法使图像达到全局最优,再为图像的局部增加凸集,使局部同时达到最优.该方法能够降低图像中噪声对高频恢复的影响,保证最优图像的唯一性,同时保持图像的边缘与细节,可以显著提高测量精度.实验结果表明,应用此处理方法对微内腔体尺寸进行测量时可以实现对内腔体尺寸的精密测量,其定位不确定度可提高3倍,测量不确定度可达0.7μm.     

微液滴自然蒸发加载低温保护剂的细胞渗透特性与损伤评估

本文提出了一种微液滴自然蒸发加载低温保护剂的方法，借助图像处理技术，结合细胞渗透模型与损伤模型进行理论分析，系统研究了初始体积和初始浓度对微液滴自然蒸发加载低温保护剂过程的细胞渗透特性与损伤的影响，并与传统低温保护剂加载方法(一步加载、两步加载)进行对比。研究结果表明：微液滴的初始体积越小，蒸发速率越快，低温保护剂更易达到目标浓度，能够有效缩短加载时间(1μL相比5μL缩短4 907 s);随着低温保护剂初始浓度的降低，加载时间逐渐增长(0.5 M和2.5 M分别为2 460、1 346 s),但造成的细胞体积变化极值显著减小(0.5 M和2.5 M分别为初始体积的14%和43%),累积毒性损伤也会显著降低(0.5 M和2.5 M分别为23.05、47.53);微液滴自然蒸发加载相比传统加载方法可显著提高细胞存活率与细胞增殖能力(P<0.05),其细胞存活率为96.73%±0.54%,比一步加载提升16%,且培养48 h的细胞贴壁情况显著优于两步加载。表明该新方法能够简化低温保护剂加载流程，并能有效降低细胞损伤。     

基于微流控技术合成单分散聚丙烯酰胺微球

采用T型微流控芯片产生单分散液滴技术制备了尺寸均匀的交联聚丙烯酰胺(PAM)水凝胶微球,考察了芯片中分散相和连续相压力与液滴尺寸的关系,以及丙烯酰胺单体、交联剂和引发剂用量对PAM水凝胶溶胀能力的影响。结果表明,通过调节芯片中连续相和分散相的压力可以获得直径为5~25μm的单分散液滴;PAM微球的体积溶胀能力随引发剂量增加而增强,随单体或交联剂量增加而减弱;当交联剂加入量为单体质量的0.06%时,PAM微球在水中溶胀后的体积是干燥状态下的40倍;交联剂可实现大范围调控PAM水凝胶微球的溶胀能力。     

脱硫废水烟气喷射蒸发流动特性实验研究

确保喷雾液滴在接触烟道壁面前完全蒸发,是保障电站脱硫废水在锅炉尾部烟道内蒸发处理安全运行的关键。喷雾液滴的破碎、聚并等动力学行为,以及液滴群的粒径分布和速度等因素的影响机制,是喷雾蒸发的主要特性。设计搭建了热态风洞实验台,利用激光粒度分析仪和粒子图像测速仪（particle image velocimeter,PIV）,在不同的引射空气压力、喷嘴水流量,以及风速、加热空气温度等条件下,对喷雾液滴群的粒径变化和速度变化进行了测量和分析。实验结果表明：以大液滴形态离开喷嘴的射流在引射气流的携带作用下,因破碎而形成小液滴,而后液滴间聚并效果会显现出来。液滴初始粒径仅与引射气体压力和水流量有关;风速的提高一定程度上会促进液滴间的聚并。提高高压气体压力、温度、风速以及减小水流量均有助于提高液滴群速度,其中提高风速对液滴群的增速效果最为明显。研究结果为喷雾的数值模拟及工程应用改进方向提供了参考。     

基于模糊图像合成技术的MEMS平面微运动测试技术

随着微电子机械系统(MEMS)研究的深入和产业化的需求，捡测技术在其中的重要性越来越大．基于机器微视觉的MEMS动态测试系统．利用模糊图像合成技术对MEMS的平面微运动特性参数进行提取和分析．利用图像处理方法对MEMS谐振器做扫频和扫压测量，获得了MEMS器件的平面微运动特性，并对测量结果进行了分析和讨论．由实验结果可以看出，这种方法有较高的测量精度，测量重复性误差为100nm．     

负片图像处理装置的建立和在无损检测中的应用

本文介绍负片图像处理的基本原理及组装的图像处理装置。该装置已用于疏松缺陷定量比较、碳纤维复合材料孔隙的定量测量和纤维体积含量测量。     

基于分形小波变换的MEMS动态模糊图像亚像素检测技术

基于机器微视觉的微机电系统（MEMS）动态测试系统,提出了一种分形小波变换亚像素检测技术提取MEMS运动轨迹算法.该算法结合电耦合器件（CCD）成像机理,利用图像的分形参数进行随机分形插值对图像边缘进行重建,通过小波变换实现重建后图像亚像素精度的边缘检测.在连续光照明条件下,对MEMS平面微运动模糊图像进行检测处理,提取和分析了MEMS运动轨迹.将该方法和在频闪条件下测得的MEMS器件的平面微运动幅值的结果进行了比对分析和讨论.由实验结果可以看出,本方法有较高的测量精度,其测量绝对误差小于0.02像素.     

超润滑表面液滴在温度及力场作用下的钉扎/滑动行为及内在机制

近年来，刺激响应型液体注入式超润滑多孔表面(SLIPS)在微流体操控领域受到广泛关注。然而，大多数报道的刺激响应型SLIPS都是在室温或相对高温下实现液滴操控，难以满足更广泛的应用场景。本文利用飞秒激光正交扫描方法制备了一种双重响应超润滑表面(DRSS)。通过温度场和力场的共同作用，实现了微液滴在DRSS上滑动/钉扎行为的动态控制。系统研究了润滑油注入量、沟槽深度和间距等实验参数对液滴临界滑动体积的影响规律，揭示了液滴钉扎/滑动动力学机制。这种双物理场调控下的超润滑表面液滴操控方法有望用于芯片实验室、微流体反应器等相关领域。     

基于梯度滤波器的多尺度高精度微运动测量

微运动测量在微纳制造和生物医学等高技术领域担任了一个重要的角色,本文将梯度滤波器方法和多尺度方法相结合,提出了一种用于微运动测量的基于梯度滤波器的多尺度方法．在该方法中,利用多尺度金字塔迭代方法,对测量图像进行降采样和低通滤波,将较大像素的图像运动转化为多个小像素的图像运动进行估计,从而提高运动估计精度．提出的方法用于测量两个像素附近的MEMS微机械图像运动时,测量偏差达到了0．005个像素．模拟实验结果表明,这种基于梯度滤波器的多尺度方法能够实现高精度的微运动测量．