液滴冲击的高通量分析

该协议允许有效地研究液体滴对固体表面的影响，这是一个日常现象，在工业中非常重要。结果可能非常复杂，并取决于许多不同的实验参数。在数据采集和分析的协调下，可以在短时间内进行许多实验，并及时评估数据的质量。

此方法可用于研究任何基本的跌落冲击参数。任何液体、跌落尺寸、跌落冲击速度、任何基底材料，以及任何环境条件下。此方法非常有效，但需要执行许多重要步骤才能正确设置它。

遵循演示是避免错误的最佳方法。要设置高速摄像机，请将对齐标记放在样品舞台的中心位置，对着摄像机，并调整摄像机的放大倍率，使方形标记适合视野。当标记聚焦时，捕获图像。

在 MATLAB 中加载液滴冲击分析软件的图形用户界面，单击"校准摄像机"，然后选择捕获的图像以运行图像分析代码。输入校准方块的大小（以毫米为单位）然后单击"确定"。移动矩形，直到校准方块是矩形内的唯一对象，然后单击"确定"。软件将自动计算转换系数。

要对齐实验系统，请将针头支座定位在眼睛水平，以便于装载，并检查管子是否未扭曲。使用带安全、干净的针头的注射器，手动清除管中任何残留液体，同时将管子和针头固定在垂直位置。并填充注射器与感兴趣的液体。

将注射器连接到计算机控制的注射器泵上，然后单击并按住注射器泵的分配按钮以清除针头，直到液体中不存在气泡。将泵设置为分配适当的体积以释放单个液滴，并在针头下对齐样品。然后，使用泵将单个液滴喷涂到样品上，并确认液滴在样品上感兴趣的区域中降落并扩散。

确认液滴设置后，调整样品架的垂直位置，直到表面与摄像机视场中心平起，并调整摄像机的水平位置，使样品上的液滴与视场中心对齐。然后，调整 LED 的垂直和水平位置以匹配摄像机的位置，使灯光中心显示在视野的中心。并调整摄像机与液滴的距离，使液滴对焦。

系统对齐和校准后，将摄像机的帧速率设置为要记录的对象的最佳值。将摄像机的曝光时间设置为尽可能小的值，同时保留足够的照明。将镜头光圈调整到最小的可用设置，同时保留足够的照明。

然后，使用端模式触发器设置摄像机的触发器，以便摄像机在停止触发器之前缓冲录制。若要执行实验，请创建一个文件夹来存储当前批次实验的影片，然后根据相机的制造商指南将此文件夹设置为相机软件的保存位置。确保捕获图像的文件格式设置为 TIFF。

单击图像分析图形用户界面中的"设置路径"，然后选择保存位置文件夹，以便软件将监视此文件夹的新视频。若要为批处理实验创建文件夹结构，请单击"创建文件夹"，并输入最小液滴释放高度、最大释放高度、每个实验之间的高度步进以及每个高度的重复实验数。然后单击"确定"以运行创建文件夹脚本。

对于对干燥、坚固的表面进行冲击，请按照适当的标准方案清洁表面，并允许表面完全干燥。要记录液滴冲击事件，请将样品放在样品舞台上，以便与摄像机对齐，然后将针头移动到所需的液滴释放高度。在相机软件中捕获和保存图像之前，确认摄像机的视图畅通无阻。

开始视频录制，以便摄像机进行录制和缓冲，并使用注射器泵将单个液滴喷到样品上。然后触发录制以在影响事件完成后停止。从样品架上取下表面，并酌情干燥表面。

要准备捕获的视频文件进行分析，在高速摄像机软件中，扫描视频以查找液滴完全在视场内的第一帧，然后将视频的开始裁剪为此帧。前进所需的帧数，以捕获影响实验期间感兴趣的现象，并裁剪视频的末尾到此帧。然后，将视频另存为 AVI 文件，并保存路径到相应文件夹的当前实验批处理、释放高度和重复编号。

在图像分析界面中，单击"排序文件"，然后直观地确认获得的背景图像现在显示在屏幕上。然后，单击运行跟踪以开始图像处理。视频将显示在生成的图像处理叠加下。

通过观看视频，定性检查图像处理是否正常工作。对于原始数据分析，在图像分析图形用户界面中，单击"过程数据"以开始计算原始流程数据中的主要变量。然后，输入记录帧速率、流体密度、流体表面张力和流体粘度值，然后单击"确定"。数据将保存在视频文件夹的 MAT 文件中，并导出为 CSV 文件。

参考方块必须在摄像机视野和焦点中畅通无阻。参考方块的焦点不正确将在计算值中产生系统错误。液滴识别软件依赖于样品的表面水平呈现给相机，如此图像中观察到的。

弯曲或解析不良的曲面将产生图像处理错误。为确保软件跟踪整个液滴扩散，液滴应降落在样品的中心。如果系统对齐不正确，液滴可能会从中心位置漂移，并且将偏离焦点。

为确保撞击液滴的图像边缘看起来锐利，应使用尽可能短的曝光时间与可用光源。相对于相机的照明路径对齐不正确通常会影响其他设置，如摄像机光圈和曝光时间，从而导致行驶液滴的模糊边缘。软件应该能够跟踪视频图像中液滴的整个轮廓。

如果未完成跟踪，则测量值（如扩散液滴的长度）将不正确。摄像机必须正确聚焦并与示例对齐，并且保存的视频必须与软件中提供的路径相匹配。否则，分析将失败。

我们已经能够探索影响结果在一系列实验参数的变化。例如，在确定水滴开始飞溅的速度时。