Analisi ad alta velocità effettiva degli impatti delle gocciole liquide

Questo protocollo consente lo studio efficiente degli impatti delle caduta di liquidi su superfici solide, un fenomeno quotidiano che è davvero importante nell'industria. I risultati possono essere davvero complessi e dipendere da molti parametri sperimentali diversi. Poiché l'acquisizione e l'analisi dei dati sono coordinate, molti esperimenti possono essere condotti in un breve periodo di tempo e la qualità dei dati può essere valutata prontamente.

Questo metodo è utile per studiare eventuali parametri di impatto di caduta di base. Eventuali liquidi, dimensioni di caduta, velocità di caduta dell'impatto, qualsiasi materiale di substrato e in qualsiasi condizione ambientale. Questo metodo è davvero efficiente, ma ci sono una serie di passaggi importanti necessari per configurarlo correttamente.

Seguire una dimostrazione è il modo migliore per evitare errori. Per impostare la fotocamera ad alta velocità, posizionare un marcatore di allineamento sulla posizione centrale del palco del campione, rivolto verso la fotocamera, e regolare l'ingrandimento della fotocamera in modo che il marcatore quadrato rientri nel campo visivo. Quando il marcatore è a fuoco, acquisire un'immagine.

Caricare l'interfaccia utente grafica per il software di analisi dell'impatto delle goccioline in MATLAB, fare clic su Calibra fotocamera e selezionare l'immagine acquisita per eseguire il codice di analisi delle immagini. Immettere le dimensioni del quadrato di calibrazione in millimetri e fare clic su OK. Spostare il rettangolo fino a quando il quadrato di calibrazione è l'unico oggetto all'interno del rettangolo e fare clic su OK. Il software calcolerà automaticamente il fattore di conversione.

Per allineare il sistema sperimentale, posizionare il supporto dell'ago a livello degli occhi per facilitare il caricamento e verificare che i tubi non siano attorcigliati. Utilizzando una siringa con un ago sicuro e pulito, eliminare manualmente il tubo di qualsiasi fluido residuo, tenendo i tubi e l'ago in posizione verticale. E riempire la siringa con il fluido di interesse.

Collegare la siringa alla pompa della siringa controllata dal computer e fare clic e tenere premuto il pulsante di erogazione della pompa della siringa per eliminare l'ago fino a quando non sono presenti bolle all'interno del fluido. Impostare la pompa in modo da erogare il volume appropriato per il rilascio di singole goccioline di fluido e allineare il campione sotto l'ago. Quindi, utilizzare la pompa per erogare una singola goccia sul campione e confermare che la goccia atterra e si diffonde attraverso l'area di interesse sul campione.

Una volta confermate le impostazioni delle goccioline, regolare la posizione verticale del portacampioni fino a quando la superficie non è livellata con il centro del campo visivo della fotocamera e regolare la posizione orizzontale della fotocamera in modo che la goccia sul campione sia allineata al centro del campo visivo. Quindi, regolare le posizioni verticali e orizzontali del LED in modo che corrispondano alla posizione della fotocamera in modo che il centro della luce appaia al centro del campo visivo. E regolare la distanza della fotocamera dalla goccia in modo che la goccia venga messa a fuoco.

Una volta che il sistema è stato allineato e calibrato, impostare la frequenza fotogrammi della fotocamera su un valore ottimale per l'oggetto da registrare. Impostare il tempo di esposizione della fotocamera su un valore il più piccolo possibile mantenendo un'illuminazione sufficiente. E regolare l'apertura dell'obiettivo sulla più piccola impostazione disponibile mantenendo un'illuminazione sufficiente.

Quindi, impostare il trigger per la fotocamera utilizzando un trigger in modalità finale, in modo che la fotocamera tamponi la registrazione prima di fermarsi sul trigger. Per condurre un esperimento, creare una cartella per archiviare i filmati per il batch corrente di esperimenti e impostare questa cartella come percorso di salvataggio per il software della fotocamera in base alla guida del produttore per la fotocamera. Verificare che il formato di file per le immagini acquisite sia impostato su TIFF.

Fare clic su Imposta percorso nell'interfaccia utente dell'elemento grafico di analisi delle immagini e selezionare la cartella salva percorso in modo che il software monitori la cartella per i nuovi video. Per creare la struttura delle cartelle per gli esperimenti batch, fare clic su Crea cartelle e immettere l'altezza minima di rilascio delle goccioline, l'altezza massima del rilascio, il passaggio di altezza tra ogni esperimento e il numero di esperimenti ripetuti ad ogni altezza. Quindi fare clic su OK per eseguire lo script crea cartelle.

Per un impatto su una superficie asciutta e solida, pulire la superficie secondo un protocollo standard adatto e lasciare asciugare completamente la superficie. Per registrare un evento di impatto delle goccioline, posizionare il campione nella fase di campionamento in modo che sia allineato con la fotocamera e spostare l'ago sull'altezza di rilascio della goccia desiderata. Verificare che la vista dalla fotocamera non sia strutturata prima di acquisire e salvare un'immagine nel software della fotocamera.

Iniziare la registrazione video in modo che la fotocamera sia in registrazione e bufferizzazione e utilizzare la pompa della siringa per erogare una singola goccia sul campione. Quindi attivare la registrazione per interrompere una volta completato l'evento di impatto. Rimuovere la superficie dal supporto del campione e asciugare la superficie in base alle esigenze.

Per preparare il file video acquisito per l'analisi, nel software della fotocamera ad alta velocità, scansiona il video per trovare il primo fotogramma in cui la goccia è completamente all'interno del campo visivo e ritaglia l'inizio del video in questo fotogramma. Spostarsi in avanti in base al numero di fotogrammi necessari per acquisire i fenomeni di interesse durante l'esperimento di impatto e ritagliare la fine del video in questo fotogramma. Salvare quindi il video come file AVI e il percorso di salvataggio della cartella corrispondente per il batch sperimentale corrente, l'altezza di rilascio e il numero di ripetizione.

Nell'interfaccia di analisi delle immagini fare clic su Ordina file e verificare visivamente che l'immagine di sfondo ottenuta sia ora visualizzata sullo schermo. Quindi, fare clic su Esegui traccia per iniziare l'elaborazione delle immagini. Il video verrà visualizzato con l'elaborazione dell'immagine risultante sovrapposta.

Verificare qualitativamente che l'elaborazione delle immagini funzioni correttamente guardando il video. Per l'analisi dei dati non elaborati, nell'interfaccia utente grafica dell'analisi delle immagini fare clic su Elabora dati per iniziare il calcolo delle variabili principali dai dati di processo non elaborati. Quindi, immettere la frequenza fotogrammi di registrazione, la densità del fluido, la tensione superficiale del fluido e i valori di viscosità del fluido e fare clic su OK. I dati verranno salvati nel file MAT della cartella video ed esportati come file CSV.

Il quadrato di riferimento deve essere senza ostacoli nel campo visivo della fotocamera e a fuoco. Uno stato attivo errato del quadrato di riferimento produrrà un errore sistematico nei valori calcolati. Il software di identificazione delle goccioline si basa sulla superficie del campione presentata orizzontalmente alla fotocamera, come osservato in questa immagine.

Le superfici piegate o mal risolte produrranno errori di elaborazione delle immagini. Per assicurarsi che l'intera diffusione delle goccioline sia monitorata dal software, la goccia dovrebbe atterrare al centro del campione. Se il sistema è allineato in modo errato, la goccia può spostarsi dalla posizione centrale e sarà fuori fuoco.

Per garantire che i bordi con immagini della goccia che ha un impatto appaiano nitidi, è necessario utilizzare il tempo di esposizione più breve possibile con la sorgente luminosa disponibile. L'allineamento errato del percorso di illuminazione rispetto alla fotocamera spesso influisce su altre impostazioni, come l'apertura della fotocamera, e sul tempo di esposizione, con conseguente bordo sfocato alla goccia in viaggio. Il software dovrebbe essere in grado di tracciare l'intero contorno della goccia nelle immagini video.

Se la traccia non viene completata, i valori misurati, ad esempio la lunghezza della goccia di diffusione, non saranno corretti. È essenziale che la fotocamera sia correttamente focalizzata e allineata con l'esempio e che il video salvato corrisponda al percorso fornito nel software. In caso contrario, l'analisi avrà esito negativo.

Siamo stati in grado di esplorare le variazioni nei risultati dell'impatto su una serie di parametri sperimentali. Ad esempio, nel determinare la velocità di quando una goccia inizia a schizzare.