液滴衝撃の高スループット解析

このプロトコルは固体表面に液体の低下の影響の効率的な研究を可能にする、産業で本当に重要な日常の現象。結果は非常に複雑であり、多くの異なる実験パラメータに依存します。データの取得と分析が調整されると、短時間で多くの実験を行い、データの品質を迅速に評価することができます。

この方法は、基本的なドロップ影響パラメータを調する場合に便利です。液体、ドロップサイズ、落下衝撃速度、任意の基板材料、および任意の環境条件下で。この方法は本当に効率的ですが、適切に設定するには多くの重要な手順が必要です。

デモに従ってエラーを回避する最善の方法です。高速カメラを設定するには、サンプルステージの中央の位置にカメラを向けて配置し、正方形マーカーが視野内に収まるようにカメラの倍率を調整します。マーカーがフォーカスされているときに、画像をキャプチャします。

MATLAB でドロップレットインパクト解析ソフトウェアのグラフィカルユーザーインターフェイスをロードし、[カメラのキャリブレーション]をクリックし、キャプチャした画像を選択して画像解析コードを実行します。キャリブレーションの平方のサイズをミリメートル単位で入力し、[OK]をクリックします。四角形内のオブジェクトがキャリブレーションの正方形が唯一のオブジェクトになるまで四角形を移動し、[大丈夫] をクリックします。ソフトウェアは自動的に変換係数を計算します。

実験システムを整列させるには、針マウントを目の高さに配置して読み込みやすさを確認し、チューブがねじれていないか確認します。安全で清潔な針を持つ注射器を使用して、チューブと針を垂直位置に保持しながら、残りの液体のチューブを手動でパージします。そして、関心のある流体で注射器を埋めます。

コンピューター制御のシリンジポンプにシリンジを取り付け、シリンジポンプのディスペンスボタンをクリックして押し続け、液体内に泡がなくなるまで針をパージします。個々の液滴の放出に適した容積を分配するようにポンプをセットし、針の下でサンプルを揃える。次に、ポンプを使用してサンプルに単一の液滴を分配し、液滴が着陸し、サンプル上の関心領域全体に広がることを確認します。

液滴設定が確定したら、カメラの視野の中央に面が水平になるまでサンプルホルダの垂直位置を調整し、サンプルの液滴が視野の中央に揃うようにカメラの水平位置を調整します。次に、LED の垂直位置と水平位置を調整して、光の中心が視野の中央に表示されるようにカメラの位置に合わせて調整します。そして、液滴が焦点を合わせるように、液滴からのカメラの距離を調整します。

システムの位置合わせとキャリブレーションが完了したら、カメラのフレームレートを、記録するオブジェクトに最適な値に設定します。十分な照明を保持しながら、カメラの露出時間をできるだけ小さい値に設定します。そして十分な照明を保ちながらレンズ絞りを最小の設定に調整します。

次に、カメラがトリガーで停止する前に記録をバッファリングするように、エンドモードトリガーを使用してカメラのトリガーを設定します。実験を行うために、現在の実験バッチのムービーを保存するフォルダを作成し、カメラの製造元のガイドに従って、このフォルダをカメラソフトウェアの保存場所として設定します。キャプチャしたイメージのファイル形式が TIFF に設定されていることを確認します。

イメージ解析グラフィックユーザーインターフェイスで[パスの設定]をクリックし、保存場所フォルダを選択して、ソフトウェアがこのフォルダを監視して新しいビデオを探します。バッチ実験用のフォルダー構造を作成するには、[フォルダを作成]をクリックし、液滴のリリースの最小高さ、最大リリース高さ、各実験間の高さのステップ、および各高さにおける繰り返し実験の回数を入力します。そして、[OK] をクリックして、フォルダの作成スクリプトを実行します。

乾燥した固体表面への衝撃のために、適切な標準プロトコルに従って表面をきれいにし、表面が完全に乾燥することを可能にする。液滴衝撃イベントを記録するには、サンプルステージにサンプルを配置してカメラに合わせ、針を希望の液滴放出高さに移動します。カメラソフトウェアで画像をキャプチャして保存する前に、カメラからのビューが遮られないことを確認します。

カメラが録画およびバッファリングされるようにビデオ録画を開始し、注射器ポンプを使用してサンプルに単一の液滴を分配します。次に、影響イベントが完了したら、記録を停止するようにトリガーします。サンプルホルダーから表面を取り出し、適宜乾燥させます。

キャプチャしたビデオファイルを解析用に準備するには、高速カメラソフトウェアで、ビデオをスキャンして、ドロップレットが完全に視野内にある最初のフレームを見つけ、ビデオの開始をこのフレームにトリミングします。衝撃実験中に対象の現象をキャプチャするために必要なフレーム数だけ進み、ビデオの最後をこのフレームにトリミングします。次に、ビデオを AVI ファイルとして保存し、現在の実験バッチの対応するフォルダーへの保存パス、リリース高さ、および繰り返し番号を指定します。

画像解析インターフェースで、「ファイルをソート」をクリックし、取得した背景画像が画面に表示されることを視覚的に確認します。次に、[トレースの実行] をクリックして、イメージ処理を開始します。結果の画像処理がオーバーレイされた状態でビデオが表示されます。

ビデオを見て、画像処理が正しく機能していることを定性的に確認します。生データ解析の場合、画像解析グラフィックユーザーインターフェイスで[データの処理]をクリックして、未処理のプロセスデータから主な変数の計算を開始します。次に、記録のフレーム レート、流体密度、流体表面張力、および流体粘度値を入力し、[OK]をクリックします。データはビデオフォルダのMATファイルに保存され、CSVファイルとしてエクスポートされます。

基準の正方形は、カメラの視野で遮るもので、フォーカスを遮る必要があります。参照の正方形のフォーカスが正しくない場合、計算値に系統的な誤差が生じます。液滴識別ソフトウェアは、この画像で観察されるように、カメラに水平に提示されるサンプルの表面に依存しています。

曲がったサーフェスや、解決が不十分なサーフェスでは、イメージ処理エラーが発生します。液滴全体の拡散がソフトウェアによって追跡されるようにするために、液滴はサンプルの中央に着地する必要があります。システムが正しく整列しない場合、ドロップレットは中央の位置からドリフトし、フォーカスが外れます。

衝撃を与えるドロップレットの画像エッジが鋭く見えるようにするには、使用可能な光源で可能な最短の露光時間を使用する必要があります。カメラに対する照明パスの配置が正しくないと、カメラの絞りや露出時間などの他の設定に影響を与え、移動液滴に対するエッジがぼやけます。ソフトウェアは、ビデオ画像内の液滴の全体の輪郭を追跡することができるはずです。

トレースが完了しない場合、拡散液滴の長さなどの測定値が正しく表示されません。カメラが正しく焦点を合わせ、サンプルに合わせて配置されていること、および保存されたビデオがソフトウェアで提供されるパスと一致することが不可欠です。それ以外の場合、分析は失敗します。

さまざまな実験的パラメータに対する衝撃結果のバリエーションを調べることができました。例えば、液滴が飛び散り始める速度を決定する際に。