Fabricage en karakterisering van thicknessmodus Piëzo-elektrische apparaten voor verneveling en acoustofluidics

Deze technieken kunnen worden gebruikt om vragen te beantwoorden over resonantiefrequentie, opwinding in de trillingsmodus, trillingsamplitude en hoe transducers met deze kenmerken als verstuivers presteren. Met informatie die door deze analyses wordt verstrekt, is het mogelijk om de effecten van onafhankelijke variabelen en experimenten met thickness mode transducers rigoureus te kwantificeren. Deze techniek maakt de ontwikkeling mogelijk van apparaten die kunnen worden gebruikt om geneesmiddelen te vernevelen voor de behandeling van aandoeningen van de luchtwegen, zoals longontsteking.

Deze methoden zijn nuttig voor het karakteriseren van vernevelingsverschijnselen en kunnen worden toegepast op de studie van capillaire golven op het oppervlak van een druppel. Omdat veel concurrerende factoren in evenwicht moeten zijn, kan het moeilijk zijn om continue verneveling te bereiken. Pas de stroominvoer, wick positie en wick oriëntatie en observeren hoe het gedrag verandert.

Veel van deze technieken zijn eenvoudig uit te voeren na demonstratie, maar vereist enige behendigheid en ruimtelijk bewustzijn die niet over komen in tekst. Om een aangepaste transducerhouder te monteren, soldeer twee oppervlaktemountveercontacten aan elk van twee aangepaste gedrukte printplaten en knipt de buitenste contacten, zodat ze het circuit niet kortsluiten. Druk past de spikes in de vergulde gaten op de aangepaste planken zodanig dat de spikes punt uit de buurt van elkaar.

Gebruik board spacers en schroeven om de twee aangepaste printplaten aan te sluiten, zodat de contacten zijn gewoon in contact met elkaar. Pas de afstand zo nodig in met kunststof ringen. Schuif vervolgens een 3 x 10 millimeter transducer tussen het binnenste paar contacten.

Om de resonantiefrequentie te identificeren door middel van impedantieanalyse, verbindt u een transducer met de open poort van de netwerkanalyzer en selecteert u de parameter S11-reflectiecoëfficiënt via de gebruikersinterface van de netwerkanalyzer. Selecteer het frequentiebereik en voer de frequentiesveger uit. Selecteer vervolgens terugroepen opslaan en traceergegevens opslaan om de gegevens te exporteren naar een geschikt softwareprogramma voor gegevensverwerking om de exacte minimale locaties te identificeren.

Om de trilling door LDV te karakteriseren, plaatst u een transducer in pogoplaatcontact op het LDV-stadium en sluit u de pogosonde aan op de signaalgenerator. Zorg ervoor dat de juiste doelstelling wordt geselecteerd in de acquisitiesoftware en richt de microscoop op het oppervlak van de transducer. Selecteer scanpunten en -instellingen definiëren.

Een enkele puntscan geeft de gebruiker trillingsamplitude op één punt. Om de trillingsmodus en resonantie te bepalen, moet een gebiedsscan worden uitgevoerd. Selecteer onder het algemene tabblad de FFT- of tijdoptie, afhankelijk van of de scan wordt uitgevoerd in het frequentie- of tijddomein en stel het aantal gemiddelden in.

Controleer op het kanaaltabblad of de actieve vakjes zijn ingeschakeld en pas de referentie- en incidentkanalen aan om de maximale signaalsterkte uit het substraat te selecteren. Als de meting onder één frequentiesignaal wordt uitgevoerd, selecteert u Sine in de lijst met de uittreklijst van de golfvorm. Als deze onder één band valt, selecteert u MultiCarrierCW.

Wijzig vervolgens in het frequentietabblad de bandbreedte en FFT-regels om de scanresolutie voor een frequentiedomeinscan aan te passen. Als de tijddomeinmetingen worden uitgevoerd, wijzigt u de monsterfrequentie op het tabblad Tijd. Om het vloeistoftoevoersysteem te creëren, selecteert u een 25 millimeter lange 2 millimeter diameter lont bestaande uit een bundel vezels van een hydrofiele polymeer ontworpen om berusting vloeistof te vervoeren.

Snijd het ene uiteinde van de lont zo in elkaar dat het een asymmetrische punt vormt en steek het vervolgens in een Luer-sluisspuit met de gewenste capaciteit, waardoor de lont zich kan uitstrekken tot 15 millimeter na het einde. Vergrendel een spuittip op de spuit en zorg voor een knusse pasvorm rond de lont en monteer de montage zodanig dat de lont 10 tot 90 graden van horizontaal is en de punt van de lont is gewoon in contact met de rand van de transducer. Vul vervolgens de spuit met water.

Stel de spanning in op nul en breng een continu spanningssignaal aan op de resonantiefrequentie die wordt bepaald met behulp van de impedantieanalyzer. Verhoog de spanning totdat de vloeistof continu wordt geatomiseerd zonder dat het apparaat overstroomt of uitdroogt. Als de voorgestelde aanpassingen mislukken, ruw het goudoppervlak van de transducer in de buurt van de lont contactpunt met fijn schuurpapier zonder het goud volledig te verwijderen.

Om de dynamiek van het apparaat te observeren via high-speed imaging, stevig monteren van een hoge flitser horizontaal op een optische tafel en plaats een transducer in pogo plaat contact op een XYZ stadium in de buurt van de brandpuntsafstand van de camera. Plaats een diffuse lichtbron ten minste één brandpuntsafstand aan de andere kant van de transducer van de camera en gebruik een pipet om een sessile druppel op het oppervlak van de transducer te plaatsen. Pas de camerafocus en de XYZ-positie aan om het vloeistofmonster scherp te stellen en selecteer een framesnelheid die minstens twee keer zo groot is als deze frequentie volgens de Nyquist-snelheid om aliasing te voorkomen.

Pas de lichtintensiteit, de camerasluiter of beide aan om het contrast tussen de vloeistof en de achtergrond te optimaliseren. Sluit vervolgens alligatorclips van de versterkte signaalgenerator aan op de pogosonde en leg het fenomeen vast door tegelijkertijd de video in de camerasoftware te activeren en het spanningssignaal toe te passen. Voor laserverstrooiingsanalyse van de druppelgrootte, pas de laser zend- en laservervangende modules langs de rail van het laserverstrooiingssysteem aan met een kloof van 20 tot 25 centimeter tussen de twee modules.

Monteer een platform in deze kloof zodanig dat wanneer de transducer en vloeistoftoevoer assemblages worden geplaatst op het, geatomiseerde mist zal worden uitgeworpen in de laserstraal pad. Om deze uitlijning te vergemakkelijken, schakelt u de laserstraal in en selecteer gereedschappen, laserbesturing en laser aan. Bevestig het transducergat op het platform.

Bevestig de vloeistoftoevoerassemblage aan een gelede arm. Plaats de vloeistoftoevoer montage, zodat de punt van de lont is net in contact met de rand van de transducer en gebruik alligator clips om het signaal bron aan te sluiten op de spike terminals op de transducer houder en klik op nieuwe standaard procedure in de laser verstrooiing systeem software. Stel de sjabloon in op standaard continu en de bemonsteringsperiode op 1.

Klik onder gegevensverwerking op sproeiprofiel om de padlengte in te stellen op 20 millimeter. Klik op alarmen om de standaardwaarden uit te zetten en de minimale transmissie in te stellen op 5 en 1% en de minimale verstrooiing op 50 en 10. Wanneer alle parameters zijn ingesteld, klikt u op de standaardbesturingssysteem starten en selecteert u de gemaakte procedure.

Vul het vloeistoftoevoerreservoir met water tot het gewenste niveau en let op het volume. Zodra de meting is gestart, schakelt u het spanningssignaal in en start u de stopwatch zodra de verneveling begint. Zodra het gewenste volume vloeistof is geatomiseerd, schakelt u het spanningssignaal uit terwijl u de stopwatch stopt en registreert u het uiteindelijke volume.

Selecteer in het resulterende histogram het gedeelte van de gegevens waarin de verneveling plaatsvond zoals verwacht en het signaal bij de ontvanger was sterk genoeg om statistisch significant te zijn. Klik op gemiddeld en oke om een distributie te genereren op basis van de geselecteerde gegevens. Kopieer en de gegevens vervolgens in een tekstbestand en sla deze op met een toepasselijke bestandsnaam.

De karakterisering van deze apparaten omvat de bepaling van de resonerende frequentie en harmonischen met behulp van een impedantie analyzer. In deze representatieve analyse bleek de fundamentele frequentie van de apparaten bijna zeven megahertz te zijn, zoals voorspeld door de dikte van het substraat. Verdere karakterisering met behulp van contactloze laser Doppler vibrometrie kan worden gebruikt om de omvang en verplaatsing van het substraat, die meestal in de nanometer bereik te bepalen.

Bovendien kan de druppeltrillingen worden geëvalueerd door middel van high-speed imaging en de vernevelingsdynamiek kan worden bepaald door de druppelgrootteverdeling te meten. Vergeet niet dat om verneveling te bereiken, de transducer moet werken op een dikte modus resonantie frequentie. Als het apparaat ondermaats presteert, dan bent u mogelijk niet op de juiste frequentie.

Met behulp van dit protocol als een stichting, veel dikte modus parameters kunnen worden gevarieerd en vergeleken, zoals elektrode dikte of laterale afmetingen. Na het vaststellen van dit protocol met water, dikte modus transducers kunnen nu worden gebruikt met andere vloeistoffen voor toepassingen zoals longgeneesmiddel levering, koeling en codering.