تحريض التدفق الدقيق بواسطة تذبذبات الفقاعات غير الكروية في نظام الرفع الصوتي

يعد فهم الإجراءات الميكانيكية التي تسببها الفقاعات أمرا بالغ الأهمية في العديد من التطبيقات الهندسية والعلاجية. لا يزال التحكم في تذبذبات الفقاعات والتدفقات المستحثة في المنطقة المجاورة مهمة صعبة. تسمح التقنيات المقترحة بالتحكم في تذبذب شكل فقاعة واحدة محاصرة في رافعة صوتية.

ثم يتم تصور التدفقات المستحثة وربطها بديناميكيات الفقاعة. ستقوم إستل مزياناي ، طالبة من مختبر التطبيق العلاجي للموجات فوق الصوتية ، بعرض الإجراء. ابدأ بتوليد الفقاعات عن طريق وضع خزان المياه الخاص بالمذبذب بحيث توجد نقطة تركيز ليزر داخل خزان المياه مما يؤدي إلى توليد شرارة لكل 5 إلى 10 ملي جول نبضة ليزر.

قم بتشغيل محول الطاقة بالموجات فوق الصوتية وقم بزيادة الجهد المطبق حتى تتوقف الفقاعات عن الارتفاع عموديا ، ولكنها تنحرف نحو العقدة المضادة للضغط وتصبح محاصرة. اضبط الإضاءة الخلفية على الصمام الثنائي الباعث للضوء المستمر وحدد الكاميرا عالية السرعة للسماح بمراقبة الفقاعة المحبوسة. لمحاصرة فقاعة والتقاط تذبذباتها الشعاعية ، اضبط حجم الإطار على 128 × 128 بكسل ومعدل الاستحواذ على 180 كيلو هرتز.

سجل التذبذبات الشعاعية للفقاعة من 3 إلى 30 مللي ثانية تحت زيادة جهد محول الطاقة المطبق من 0 إلى 8 فولت. بعد التسجيل الأخير ، قم بإيقاف تشغيل محول الطاقة بالموجات فوق الصوتية والتقط صورة واحدة للخلفية للتحليل اللاحق. للمعالجة اللاحقة لسلسلة الفيديو ، قم بتشغيل VoltagePressure.

ملف إكس. حدد المعلمات الفيزيائية والتجريبية وقيم الجهد المطبق لسلسلة التسجيلات. في لوحة تحليل نصف قطر الفقاعة، انقر فوق تحميل المعلمات وحدد المجلد الذي يحتوي على جميع سلاسل الفيديو وملفات صور الخلفية.

لكل ملف فيديو ، سيتم رسم تطور نصف قطر الفقاعة على مدار فترة صوتية واحدة وسيتم فرض ملاءمة رقمية. عندما تتم معالجة جميع مقاطع الفيديو ، انقر فوق الانحدار الخطي لإجراء ملاءمة خطية لمنحنى جهد الضغط. سيتم حفظ البيانات في ملف txt داخل الدليل الحالي.

للحث على اندماج الفقاعات ، قم بتشغيل محول الطاقة بالموجات فوق الصوتية واضبط الجهد المطبق بدرجة كافية بحيث يؤدي الضغط الصوتي المقابل إلى عدم استقرار السطح ، ونواة فقاعة تهاجر بعد ذلك إلى موقع محاصرتها. عندما تظهر الفقاعة المحاصرة تذبذبات كروية فقط ، قم بتوليد شرارة ليزر جديدة. عندما تصل الفقاعة الجديدة إلى موقع الملائمة، يحدث الالتحام إذا أظهرت الفقاعة المندمجة تذبذبات كروية فقط بعد الشرارة، فقم بتوليد فقاعة جديدة.

لكن لاحظ أن الاندماجات المتعددة قد تكون ضرورية للوصول إلى نصف القطر الذي تحدث عنده التشوهات غير الكروية. بمجرد أن تظهر الفقاعة المدمجة تذبذبات غير كروية ، سجل تذبذبات الفقاعة لمدة 3 إلى 30 مللي ثانية تقريبا واستخدم الشكل لتحديد رقم وضع تذبذبات شكل الفقاعة. لإجراء قياسات تدفق السوائل ، اضبط معدل الإطارات على 180 كيلو هرتز ، وحجم الإطار على 128 × 128 بكسل ، ووقت التعرض على 1 ميكروثانية لتسجيل ديناميكيات واجهة الفقاعة.

لتسجيل حركة متتبعات الأصباغ ، اضبط حجم الإطار على 1024 × 768 بكسل ، ومعدل الإطارات على 600 هرتز ، ووقت التعرض على 1 مللي ثانية. اضبط موضع ورقة الليزر بحيث تكون الجسيمات المضيئة مرئية للكاميرا ونواة وتحبس فقاعة كما هو موضح. اضبط موضع ورقة الليزر بشكل أكبر بحيث يصبح الظل مرئيا خلف الفقاعة ويحفز اندماج الفقاعة حتى يظهر وضع الشكل المتذبذب بشكل ثابت.

ثم احصل على العديد من التسجيلات ، والتبديل بين ديناميكيات الفقاعة والبث الجزئي. لمعالجة الصور وتحليلها، قم باستيراد الملف السينمائي الذي يحتوي على حركة الجسيمات الملتقطة إلى الصورة J وانقر فوق الصورة، والضبط، والسطوع، والتباين، والتلقائي. ستحل الصورة المحسنة تلقائيا محل الخلفية الداكنة.

لعرض النموذج الناتج، انقر فوق الصورة، الحزم، ومشروع Z، وحدد خيار الكثافة القصوى لعرض الصورة. سيتم عرض صورة إخراج تحتوي على وحدات بكسل تحتوي على القيمة القصوى على جميع الصور الموجودة في المكدس. يظهر هنا تسلسل كامل من اندماج الفقاعات يؤدي إلى تذبذبات غير كروية يتم التحكم فيها بالتماثل المستقر زمنيا والتي يمكن ملاحظتها.

تنتهي مرحلة الاقتراب من فقاعتين متذبتين كرويا عندما يتمزق الفيلم السائل الرقيق بين الفقاعتين. بعد لحظة الالتحام ، تبقى فقاعة واحدة تظهر تذبذبات غير كروية ذات شكل معقد ، تتوافق مع نظام التذبذبات العابر بعد إثارة أي نظام ديناميكي. بعد اثنتي عشرة إلى 100 فترة صوتية ، تستقر أشكال التذبذب إلى تذبذب الحالة المستقرة.

بمجرد أن يتم احتجاز الفقاعة وإظهار تذبذبات ثابتة الشكل ، يمكن التقاط حركة متتبعات الفلورسنت داخل محيط الفقاعة. عندما تحدث تذبذبات الشكل ، يتم إنتاج حركة سائلة بالقرب من واجهة الفقاعة. يسمح التسجيل البديل لديناميكيات واجهة الفقاعة على مقياس زمني صوتي وحركة الجسيمات في مقياس زمني أقل بربط نمط التدفق الجزئي برقم وضع شكل معين.

إذا كانت ديناميكيات واجهة الفقاعة تحتوي على أوضاع تكميلية ، فيمكن تعديل تدفق التدفق الجزئي بشكل كبير بسبب التفاعلات المتعددة بين الأوضاع التي من شأنها أن تولد أنماطا محددة. لربط نمط التدفق بأمان بتخدير شكل معين ، تذكر أنه من الضروري التقاط ديناميكيات الفقاعة وحركة التدفق بدلا من ذلك. قد يكون لهذه النتائج استخدام عملي في تطبيقات الاعتلال العصبي مثل تحويل توصيل الدواء بوساطة.

في الواقع ، من المعروف أن الفقاعات الصوتية تمارس ضغوطا هائلة ناتجة عن التدفق على أغشية الخلايا التي تؤدي إلى تغلغلها.