本發(fā)明屬于測試儀器，具體涉及一種液滴彈跳運動特征檢測平臺及檢測平臺的控制方法。

背景技術(shù)：

1、粘度是液體的重要物理性質(zhì)和技術(shù)指標之一，粘度的準確測定在許多工業(yè)部門和科學(xué)研究領(lǐng)域中都具有重要意義，特別是在石油化工、醫(yī)藥、冶金、食品等行業(yè)中。如在石油化工中，準確測定石油的粘度，可以提高其產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量；在醫(yī)學(xué)上，人體內(nèi)正常血液循環(huán)要求血液粘度保持在合適的水平上，血液粘度異常會導(dǎo)致微循環(huán)和組織的新陳代謝出現(xiàn)障礙，因而血液粘度的準確測量將有助于病情的及時診斷和疾病的有效預(yù)防；在基礎(chǔ)研究中，粘度的測定也占有非常重要的地位。如研究膠體稀溶液的粘度可以幫助了解質(zhì)點的大小與形狀、質(zhì)點與介質(zhì)間的相互作用等。因此，粘度測定技術(shù)一直以來備受關(guān)注，有關(guān)液體粘度測定方法及裝置的研究成果也比較多。

2、液滴與超疏水表面發(fā)生碰撞的現(xiàn)象普遍存在于自然界中，在許多生物、環(huán)境和工程領(lǐng)域域中有著重要應(yīng)用。例如，雨滴撞擊隨風(fēng)擺動的樹葉、雨中行駛的交通工具(汽車、火車、飛機等)、灑水除塵、噴墨打印、藥液分裝等場景。由于固體表面存在微觀結(jié)構(gòu)，當(dāng)它們與液體接觸時，微觀結(jié)構(gòu)會捕獲小氣泡從而在接觸面產(chǎn)生一層空氣薄膜。這種薄膜可以將固液面分離，使固體表面表現(xiàn)出獨特的超疏水特性，而這種性質(zhì)正是液滴撞擊超疏水表面產(chǎn)生回彈現(xiàn)象的主要原因。

3、本發(fā)明則是基于粘性液滴撞擊超疏水表面時發(fā)生球形彈跳的原理，當(dāng)待測液滴在已知其d針管直徑，γ液-氣表面張力系數(shù)和ρ液體密度的情況下，其運動學(xué)粘度可通過測得初始時刻液滴長度l，液滴底部離基底表面的高度h1與第一次彈跳時液滴底部離基底表面的最大高度h2求出。本發(fā)明主要由小型電腦、微處理器、滴管移動平臺、角度平臺和高速相機組成，通過高速攝像頭捕捉液滴彈跳這一行為，并通過小型電腦處理捕獲的圖像，得到液滴底部兩次與基底的高度，最后通過計算得出液滴的粘度。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種液滴彈跳運動特征檢測平臺及檢測平臺的控制方法。

2、本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：一種液滴彈跳運動特征檢測平臺，包括底座絎架；所述底座絎架上設(shè)有滴管移動臂及角度平臺；所述滴管移動臂上設(shè)有滴管，滴管移動臂通過控制模塊進行運動控制，用于移動滴管的位置及擠壓滴管；所述角度平臺包括承載臺及用于調(diào)整承載臺角度的轉(zhuǎn)動機構(gòu)，所述轉(zhuǎn)動機構(gòu)通過控制模塊進行運動控制；所述底座絎架上還設(shè)有用于檢測記錄的攝像裝置及用于為滴管提供流體的流體儲蓄池，控制模塊與攝像裝置之間數(shù)據(jù)傳輸鏈接。

3、進一步的，所述滴管移動臂包括水平移動組件、豎直移動組件及推拉組件，所述水平移動組件用于帶動豎直移動組件水平移動，所述豎直移動組件用于帶動滴管豎直移動，所述推拉組件用于擠壓滴管，使得滴管中的液滴滴落。

4、進一步的，所述角度平臺包括角度平臺座及活動設(shè)置在角度平臺座上的承載臺，承載臺通過旋轉(zhuǎn)機構(gòu)控制能夠進行繞軸自由旋轉(zhuǎn)移動。

5、一種液滴彈跳運動特征檢測平臺的控制方法，用于測定待求液滴的粘度，通過固定滴管與超疏水表面的距離，通過攝像裝置來測得初始時刻液滴的長度l，液滴底部離基底表面的高度h1，第一次彈跳時液滴底部離基底表面的最大高度h2；具體包括以下步驟：

6、s1、對液滴彈跳運動特征檢測平臺進行上電并進行控制模塊的系統(tǒng)初始化，將滴管移動臂及角度平臺移動至零位，并將定量的需要測試的流體置于流體儲蓄池中；

7、s2、控制滴管移動臂將滴管移動至流體儲蓄池中，抽取一定量的流體，并控制滴管移動臂將滴管移動至指定的位置；同時調(diào)整角度平臺至設(shè)定的角度；

8、s3、當(dāng)?shù)喂艿奈恢煤徒嵌绕脚_的角度穩(wěn)定之后，控制模塊接收攝像裝置采集的數(shù)據(jù)進行儲存，抽取數(shù)據(jù)進行實時檢測；同時推拉組件對滴管進行擠壓使得流體滴落；當(dāng)控制模塊檢測到有液滴滴落，且接收到來自攝像裝置的數(shù)據(jù)無變化時，停止接收數(shù)據(jù)，并控制角度平臺到最大傾斜角，使得承載平面上的液滴自然滴落；

9、s4、最后滴管移動平臺重新回到初始位置；控制模塊對記錄的數(shù)據(jù)進行處理，提取需要的液滴運動特征，最后計算出流體粘度并將數(shù)據(jù)顯示到顯示屏上，程序結(jié)束。

10、進一步的，所述流體粘度的計算，基于液滴彈跳運動特征檢測平臺進行實驗，找到液滴粘度與相關(guān)物理量之間的關(guān)系；采用量綱分析方法確定物理量之間的關(guān)系、基于實驗數(shù)據(jù)并在matlab上用非線性回歸來系數(shù)確定；計算的具體步驟如下：

11、1)假設(shè)液滴從滴管滴出到其與底層接觸后彈起的過程為單自由度有阻尼線性震動，其關(guān)系如下：

12、位移：x＝ae-tξω0sin(ωd+θ)??(1)

13、速度：

14、則下落時撞擊基底速度v1和跳起時離開基底的速度v2之比為：

15、

16、定義：

17、t1＝t1-t2為液滴與基底接觸時間；

18、k2＝-k1ω0為新常數(shù)；

19、兩邊取對數(shù)：

20、

21、為了求出t1，通過查閱richard和quere在nature上發(fā)表的文章《contact?time?ofa?bouncing?drop》，得知通過實驗求得的液滴與基底接觸時間的表達式為：

22、

23、帶入式(5)，根據(jù)量綱分析法可以得：

24、

25、2)表面張力系數(shù)為：：

26、

27、其中xi為摩爾份數(shù)，vi為摩爾體積，γi為表面張力系數(shù)，且x1、x2滿足x1+x2＝1)；

28、3)根據(jù)體積配比公式來推出新溶液的粘度，設(shè)第一種液體的體積分數(shù)為x1，則第二種液體的體積分數(shù)為1-x1，μi為各液體的粘度：

29、μ＝x1μ1+(1-x1)μ2?????????????????????????????????(9)

30、4)根據(jù)動力學(xué)粘度和運動學(xué)粘度的關(guān)系式，可得出對應(yīng)的運動學(xué)粘度ν，然后根據(jù)針管內(nèi)徑，計算出流體在不同體積分數(shù)情況下的針管直徑d，表面張力γ，液體密度ρ，液滴長度l，下落高度h1，上升高度h2及液體粘度ν，擬合出最佳值k。

31、通過采用上述技術(shù)，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果如下：

32、1)本發(fā)明基于檢測平臺的設(shè)置，能夠?qū)Φ喂艿囊苿?、液滴的滴落、角度平臺的角度調(diào)節(jié)以及圖像數(shù)據(jù)的采集和處理進行控制，實現(xiàn)了對液滴相關(guān)數(shù)據(jù)的集中采集；并采用基于粘性液滴撞擊超疏水表面時發(fā)生球形彈跳的原理，即當(dāng)待測液滴在已知針管直徑d，液-氣表面張力系數(shù)γ和液體密度ρ的情況下，其運動學(xué)粘度可通過測得初始時刻液滴長度l，液滴底部離基底表面的高度h1與第一次彈跳時液滴底部離基底表面的最大高度h2求出；實現(xiàn)了非接觸式測量，相對于落體式粘度計能夠有效提高測量速度及測量的準確性；

33、2)本發(fā)明中，角度平臺的角度通過由陀螺儀反饋的，并且由控制模塊實時控制，角度平臺可以自動穩(wěn)定自己的角度，對外界的干擾有一定的抵抗性，在研究液滴碰撞角度對液滴運動特征的影響時，對環(huán)境的要求也可以大大降低。