實驗名稱：電流體噴印(yin)實驗觀測平臺

　　測試設備：ATA-7030高壓放大器、函(han)數發生器(qi)(qi)、示波器(qi)(qi)、高速相機、激光光源控制器(qi)(qi)、激光光源、電腦等。

　　實驗過程：

　　圖1：錐射流(liu)觀測平臺(tai)：（a）實驗臺(tai)架和(he)(he)（b）主要實驗設備。其中1是(shi)(shi)(shi)高(gao)(gao)速(su)相(xiang)機，2是(shi)(shi)(shi)顯微放大(da)鏡頭，3是(shi)(shi)(shi)微量注射泵(beng)，4是(shi)(shi)(shi)注射泵(beng)控制器，5是(shi)(shi)(shi)激光(guang)光(guang)源控制器，6是(shi)(shi)(shi)激光(guang)光(guang)源，7是(shi)(shi)(shi)高(gao)(gao)壓放大(da)器，8是(shi)(shi)(shi)函數發生器，9是(shi)(shi)(shi)示波器，10是(shi)(shi)(shi)XY移動平臺(tai)，11是(shi)(shi)(shi)電(dian)(dian)腦控制系統(tong)。1、2、5和(he)(he)6組成(cheng)高(gao)(gao)速(su)相(xiang)機觀測系統(tong)，7、8和(he)(he)9組成(cheng)高(gao)(gao)電(dian)(dian)壓產生系統(tong)

　　電(dian)(dian)流體噴印實(shi)(shi)驗平(ping)(ping)臺(tai)裝置如(ru)(ru)圖1（a）所示(shi)(shi)(shi)，主要功能(neng)模(mo)塊(kuai)包括高(gao)(gao)電(dian)(dian)壓(ya)產生(sheng)(sheng)(sheng)系統(tong)(tong)、高(gao)(gao)速(su)相(xiang)機(ji)觀測系統(tong)(tong)、流量驅(qu)動系統(tong)(tong)和(he)平(ping)(ping)臺(tai)移(yi)動控(kong)制系統(tong)(tong)。實(shi)(shi)驗中的(de)(de)墨液(ye)通過(guo)注(zhu)(zhu)(zhu)射(she)(she)器(qi)(qi)(qi)的(de)(de)注(zhu)(zhu)(zhu)入(ru)，注(zhu)(zhu)(zhu)射(she)(she)器(qi)(qi)(qi)與執行(xing)機(ji)構固(gu)定，由微(wei)泵驅(qu)動，如(ru)(ru)圖1（b）中3。注(zhu)(zhu)(zhu)射(she)(she)器(qi)(qi)(qi)推進速(su)度可(ke)以(yi)通過(guo)設置微(wei)泵控(kong)制器(qi)(qi)(qi)注(zhu)(zhu)(zhu)入(ru)流量來改變，最(zui)(zui)小(xiao)流量可(ke)達(da)138nL/min。注(zhu)(zhu)(zhu)射(she)(she)器(qi)(qi)(qi)可(ke)方(fang)便更(geng)換20~30G不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)針頭(tou)，針頭(tou)通過(guo)鱷魚夾外接高(gao)(gao)壓(ya)放(fang)(fang)大(da)器(qi)(qi)(qi)的(de)(de)正(zheng)(zheng)極。高(gao)(gao)壓(ya)放(fang)(fang)大(da)器(qi)(qi)(qi)和(he)函(han)數(shu)發生(sheng)(sheng)(sheng)器(qi)(qi)(qi)、示(shi)(shi)(shi)波(bo)器(qi)(qi)(qi)組成(cheng)高(gao)(gao)電(dian)(dian)壓(ya)系統(tong)(tong)，如(ru)(ru)圖3（b）中7、8和(he)9。該系統(tong)(tong)函(han)數(shu)發生(sheng)(sheng)(sheng)器(qi)(qi)(qi)產生(sheng)(sheng)(sheng)任意波(bo)形(xing)信(xin)號輸入(ru)到高(gao)(gao)壓(ya)放(fang)(fang)大(da)器(qi)(qi)(qi)，高(gao)(gao)壓(ya)放(fang)(fang)大(da)器(qi)(qi)(qi)僅放(fang)(fang)大(da)電(dian)(dian)壓(ya)信(xin)號，不(bu)(bu)放(fang)(fang)大(da)頻(pin)率。函(han)數(shu)發生(sheng)(sheng)(sheng)器(qi)(qi)(qi)產生(sheng)(sheng)(sheng)交流脈沖(chong)的(de)(de)最(zui)(zui)大(da)頻(pin)率可(ke)達(da)25MHz，高(gao)(gao)壓(ya)放(fang)(fang)大(da)器(qi)(qi)(qi)在波(bo)形(xing)不(bu)(bu)失真的(de)(de)情況下(xia)最(zui)(zui)高(gao)(gao)放(fang)(fang)大(da)的(de)(de)電(dian)(dian)壓(ya)不(bu)(bu)超過(guo)±3kV。放(fang)(fang)大(da)后的(de)(de)電(dian)(dian)壓(ya)通過(guo)示(shi)(shi)(shi)波(bo)器(qi)(qi)(qi)進行(xing)測量，示(shi)(shi)(shi)波(bo)器(qi)(qi)(qi)測量的(de)(de)電(dian)(dian)壓(ya)是(shi)(shi)其輸入(ru)電(dian)(dian)壓(ya)的(de)(de)1/1000。高(gao)(gao)電(dian)(dian)壓(ya)系統(tong)(tong)的(de)(de)三個(ge)儀器(qi)(qi)(qi)均(jun)可(ke)連接電(dian)(dian)腦，通過(guo)LabVIEW開發的(de)(de)控(kong)制軟件(jian)進行(xing)統(tong)(tong)一操控(kong)。注(zhu)(zhu)(zhu)射(she)(she)器(qi)(qi)(qi)連同(tong)執行(xing)機(ji)構一起固(gu)定在并列(lie)的(de)(de)兩(liang)個(ge)FSL40直線導軌絲桿滑臺(tai)模(mo)組上(shang)(shang)，該模(mo)組能(neng)夠絲杠能(neng)以(yi)最(zui)(zui)小(xiao)1mm/s的(de)(de)速(su)度升(sheng)降，即圖1（a）中的(de)(de)Z軸升(sheng)降臺(tai)。注(zhu)(zhu)(zhu)射(she)(she)器(qi)(qi)(qi)正(zheng)(zheng)下(xia)方(fang)是(shi)(shi)樹脂基板，基板上(shang)(shang)放(fang)(fang)置光(guang)滑不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)薄(bo)片，不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)薄(bo)片通過(guo)鱷魚夾連接高(gao)(gao)壓(ya)放(fang)(fang)大(da)器(qi)(qi)(qi)的(de)(de)負極。不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)薄(bo)片上(shang)(shang)緊(jin)貼透明絕緣膠布(bu)，防止(zhi)實(shi)(shi)驗過(guo)程(cheng)中正(zheng)(zheng)負極相(xiang)接。基板位于(yu)(yu)X-Y軸移(yi)動平(ping)(ping)臺(tai)上(shang)(shang)，該移(yi)動平(ping)(ping)臺(tai)由兩(liang)個(ge)28號微(wei)型(xing)步進電(dian)(dian)機(ji)垂直布(bu)置組成(cheng)，電(dian)(dian)機(ji)由24V開關電(dian)(dian)源(yuan)供電(dian)(dian)。電(dian)(dian)機(ji)的(de)(de)控(kong)制端(duan)連結電(dian)(dian)腦，通過(guo)電(dian)(dian)腦上(shang)(shang)的(de)(de)微(wei)軟基礎類庫開發的(de)(de)軟件(jian)設置運行(xing)速(su)度，最(zui)(zui)小(xiao)速(su)度可(ke)達(da)25μm/s。注(zhu)(zhu)(zhu)射(she)(she)器(qi)(qi)(qi)針頭(tou)針尖(jian)水平(ping)(ping)位置布(bu)置有高(gao)(gao)速(su)相(xiang)機(ji)觀測系統(tong)(tong)，由圖1（b）中的(de)(de)1、2和(he)4組成(cheng)。高(gao)(gao)速(su)相(xiang)機(ji)捕捉畫(hua)面達(da)200萬像素，在全(quan)畫(hua)幅(fu)下(xia)幀率最(zui)(zui)高(gao)(gao)達(da)3000fps。顯微(wei)放(fang)(fang)大(da)鏡頭(tou)用(yong)于(yu)(yu)放(fang)(fang)大(da)圖像，最(zui)(zui)大(da)放(fang)(fang)大(da)倍(bei)數(shu)可(ke)達(da)4倍(bei)。激光(guang)光(guang)源(yuan)提供高(gao)(gao)強(qiang)度光(guang)照，能(neng)夠在10000幀小(xiao)畫(hua)幅(fu)下(xia)提供充足照明。

　　實驗結果：

　　圖2：射流(liu)(liu)斷裂觀(guan)測(ce)平(ping)臺(tai)：（a）主要實(shi)(shi)驗設備(bei)和(he)（b）針-圓筒式同軸電(dian)極(ji)結(jie)構(gou)。其中(zhong)1是(shi)流(liu)(liu)量驅動系統，2是(shi)高電(dian)壓(ya)系統，3是(shi)高速相機，4是(shi)圓筒電(dian)極(ji)，5是(shi)LED光源，6是(shi)電(dian)腦，7是(shi)廢液接收器；紅色(se)和(he)黑色(se)實(shi)(shi)線(xian)分別是(shi)正(zheng)極(ji)和(he)負極(ji)線(xian)，綠色(se)虛線(xian)是(shi)連接電(dian)腦線(xian)路

　　為了觀測射流斷裂過程，圖2展示了同軸帶電射流的實驗裝置。在一般的電流體噴印實驗中，錐射流射流部分的直徑遠小于噴嘴內徑，對于27G的針頭，其射流直徑不超過10μm。目前即使最先進的高速相機也捕捉不到如此細的射流界面的變化。因此下圖中的同軸帶電射流裝置，射流直接從針頭擠壓而出，不產生泰勒錐，射流的半徑在100μm左右。同時射流包裹有透明導電電極，用于產生徑向電場，如圖2（a）中4所示。在射流斷裂實驗中，保持相關的無量綱和電流體噴印中接近，這類似于風洞實驗中的相似原理。實驗裝置主要包括電射流產生模塊和高速相機觀測模塊。在電射流產生模塊，射流由注射泵驅動，通過針電極噴射出，再經過同軸電極。這種模塊也被稱為針-圓筒式電極結構。其中針電極施加直流電壓，同軸電極接地。射流最終斷裂的液滴被接收器所接收。高速相機用于捕捉斷裂過程，最高幀率可達2×10⁴fps，能夠捕捉到(dao)接近斷裂時刻界面特征。

　　高壓(ya)放大器(qi)推(tui)薦：ATA-7030

　　圖：ATA-7030高壓放大器指標參數

　　本(ben)文實驗素材由西安安泰電(dian)子整理(li)發布(bu)，如想(xiang)了(le)解(jie)更多實驗方案，請持(chi)續關(guan)注安泰官(guan)網(wang)hkdyw.cn。Aigtek是(shi)國(guo)內專(zhuan)業從事測量儀器(qi)(qi)研發、生產(chan)和銷(xiao)售(shou)的(de)高科技企業，一(yi)直專(zhuan)注于(yu)功(gong)(gong)率(lv)放大器(qi)(qi)、電(dian)壓放大器(qi)(qi)、功(gong)(gong)率(lv)放大模塊、高精度電(dian)流源等測試儀器(qi)(qi)產(chan)品的(de)研發與制造(zao)。