[发明专利]一种用于研究超声空化气泡动力学过程的实验系统

说明书

本发明公开一种用于研究超声空化气泡动力学过程的实验系统，包括微气泡产生装置、超声驱动装置、高速摄影设备，所述微气泡产生装置主要由注射泵推动的注射器和玻璃微电极构成；所述超声驱动装置驱动超声换能器产生超声；所述超能换能器和玻璃微电极均伸入水槽；所述水槽内竖直放置有壁面；所述频闪光源配合高速相机对在超声作用下的气泡进行光电精密测试测量；计算机发出两个TTL控制信号a和b：信号a用于控制注射泵的工作；信号b用于驱动高速相机和超声驱动装置同时工作。本发明能够准确地捕捉到微气泡在超声作用下的动力学过程，并且可以在一定的范围内控制气泡产生的位置和气泡产生的大小，用于研究气泡在超声作用下的动力学过程。

技术领域

本发明涉及一种气泡动力学监测系统。特别是涉及一种集微气泡产生、超声驱动、高速摄影技术与同步控制技术于一体的声空化气泡实验系统。

背景技术

超声空化是指向液体中辐射超声波时，在一定的声场条件下液体中的微小气泡随着声压变化，经历脉动、振荡、收缩、崩溃破灭的现象。声空化现象是一个非常复杂的过程，它引发许多物理、化学效应，如破坏生物组织壁面、加快化学反应速率、产生破坏性侵蚀等。因此，超声场下空化气泡动力学过程的研究对空化作用在工业和医疗方面的应用具有十分重要的实际意义。

由于相机性能的限制，在最初，科学家们只能通过空化作用的发光、高温导致的化学反应以及空化作用对壁面的破坏作用等宏观现象来认识和量化空化作用；为了研究空化作用过程中，气泡的动力学过程的变化，Chesterman和Schmic等利用高速摄影的方法拍摄了单一空化气泡的运动情况，但是受到当时技术的限制，拍摄的最大速率只能达到3000帧/秒；随着技术的发展，近年来高速相机的拍摄速率已经可达到900,000帧/秒，为气泡动力学的研究提供了必备的设备基础，Ohl、Laborde、Lauterborn等研究了低频超声作用下气泡的动力学过程，并且在宏观上观察了气泡周围的发光现象；但是针对微米量级的单个气泡的动力学过程研究，很少见到有人有此方面的报道，主要是由于观测技术以及单个微气泡的控制和捕捉上存在难点，Uemura等相机观察了空化气泡的动力学过程以及空化过程中的声流现象，其利用的是耦合剂中已有的气泡，通过将相机聚焦在不同的地方来观察气泡的变化，这种实验具有一定的随机性和不可控制性。因此，到现在为止，还没有研究人员可以很精确地观测到超声作用下微空气气泡的动力学过程，并且在此过程中控制气泡的大小和空间位置。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提出一种用于研究超声空化气泡动力学过程的实验系统，为低频超声空化作用基本机理的研究提供必备的实验研究平台。

本发明所采用的技术方案是：一种用于研究超声空化气泡动力学过程的实验系统，包括微气泡产生装置、超声驱动装置、高速摄影设备，所述微气泡产生装置主要由注射泵推动的注射器和玻璃微电极构成；

所述超声驱动装置驱动超声换能器产生超声；所述超能换能器和玻璃微电极均伸入水槽；

所述水槽内竖直放置有壁面；

所述频闪光源配合高速相机对在超声作用下的气泡进行光电精密测试测量；

计算机发出两个TTL控制信号a和b：信号a用于控制注射泵的工作，使其推动注射器从而产生微气泡；信号b用于驱动高速相机和超声驱动装置同时工作，从而记录和捕捉气泡在超声作用下的动力学过程。

所述注射器与玻璃微电极之间通过微管路连接，微管路的内径大小为0.5毫米到1毫米之间。

所述玻璃微电极利用专业的电极拉制仪拉制而成，玻璃微电极尖端为中空结构，内径大小为2到7微米。

有益效果