[发明专利]跨尺度运动狭缝的液滴渗流特性监测方法及装置

摘要

本发明公开了跨尺度运动狭缝的液滴渗流特性监测方法及装置。液滴向跨毫米‑微米‑纳米级尺度狭缝中的流动行为尚不存在监测装置。本发明的水平定位块和竖直定位块分别对被测样本水平、竖直定位；标准玻璃砖上的调整螺栓设定被测样本与标准玻璃砖间的狭缝形态和间隙；升降台调整注射器到预设高度得液滴进入狭缝的初速度；通过设置竖直定位块移动速度设置被测样本与标准玻璃砖在竖直方向的相对运动速度。向注射针筒中加入预定液体，进给机构使注射器滴落预定体积的液滴进入狭缝后渗流特性通过高速摄像机拍摄记录。本发明通过光学检测、微动控制方法实现了精密控制狭缝间距；利用高精度滑轨和高速摄像机实现了对相对运动狭缝中液滴流动状态的监测。

主权项

1.跨尺度运动狭缝的液滴渗流特性监测方法，其特征在于：该方法采用的监测装置包括狭缝形态调整模块、微进给模块和检测监测模块；所述的狭缝形态调整模块包括竖直滑块、竖直定位块、第一伺服电机、调整螺栓、标准玻璃砖、水平定位块、夹具、水平滑块、安装块和安装座；安装块固定在安装座一端；所述的水平丝杆两端通过轴承分别支承在安装块和安装座上；安装块上装有夹具；所述的标准玻璃砖安装在夹具上；标准玻璃砖顶端连接有调整螺栓；水平滑块与水平丝杆构成螺旋副；水平定位块固定在水平滑块顶部；所述的第一伺服电机驱动直线丝杠滑台的竖直丝杆；竖直滑块与竖直丝杆构成螺旋副；竖直定位块固定在竖直滑块上；所述的水平定位块开设定位孔，竖直定位块开设定位槽；定位孔的轴向竖直设置；定位槽的底部开放且设有限位凸起；所述的微进给模块包括进给机构和升降台；所述的进给机构包括微动马达、微进给丝杆滑台、推板和注射器；所述的微动马达驱动微进给丝杆滑台的微进给丝杆；固定在微进给丝杆滑台的滑块上的推板设置在注射器的活塞杆顶部；所述的注射器被抱持装置抓紧并固定在微进给丝杆滑台的底板上；所述的升降台包括升降丝杆、升降滑块、升降板和支撑架；所述的升降丝杆与支撑架构成旋转副；升降滑块与升降丝杆构成螺旋副，升降板与升降滑块固定，微进给丝杆滑台的底板与升降板固定；所述的检测监测模块包括激光干涉仪、高速摄像头和升降模组；所述的激光干涉仪和高速摄像头均正对标准玻璃砖；激光干涉仪和高速摄像头固定在升降模组的滑块上，升降模组的升降丝杆由第二伺服电机驱动；该方法具体如下：将被测样本同时嵌入水平定位块的定位孔和竖直定位块的定位槽内；定位槽的底部开放且设有限位凸起；通过调整水平定位块水平位置对被测样本水平定位，通过调整竖直定位块的竖直位置对被测样本竖直定位；连接在标准玻璃砖顶端的调整螺栓配合激光干涉仪设定好被测样本与标准玻璃砖之间的狭缝形态和狭缝间隙；利用升降台调整注射器到预设高度得液滴进入狭缝的初速度；通过设置竖直定位块移动速度设置被测样本与标准玻璃砖在竖直方向的相对运动速度；设置完毕后，向注射针筒中加入预定液体，进给机构使注射器滴落预定体积的液滴，液滴进入狭缝后渗流特性通过高速摄像机拍摄记录；所述的液滴渗流特性指液滴在狭缝间流动的形态、流动速度和在被测样本与标准玻璃砖相对运动条件下液滴渗入狭缝的最大深度；将高速摄像机拍摄的图像用图像处理的方法提取出液迹轮廓，即得到液滴的流动形态；比较相邻两帧图像液迹在水平方向上的距离变化，根据摄像机的每秒帧数即得到液滴在水平方向上的即时速度，同理得液滴在垂直方向上的即时速度；找到在垂直方向上液迹渗流最远的那一帧图像并测量最远点到标准玻璃板顶面的距离即是液滴渗入狭缝的最大深度。