Wysokoprzepustowa analiza uderzeń kropel cieczy

Protokół ten pozwala na efektywne badanie wpływu kropli cieczy na powierzchnie stałe, co jest codziennym zjawiskiem, które jest bardzo ważne w przemyśle. Wyniki mogą być naprawdę złożone i zależeć od wielu różnych parametrów eksperymentalnych. Ponieważ gromadzenie i analiza danych są skoordynowane, wiele eksperymentów można przeprowadzić w krótkim czasie, a jakość danych można szybko ocenić.

Ta metoda jest przydatna do badania wszelkich podstawowych parametrów uderzenia kropli. Wszelkie ciecze, wielkość kropli, prędkość uderzenia kropli, dowolny materiał podłoża i w każdych warunkach środowiskowych. Ta metoda jest naprawdę wydajna, ale do jej prawidłowego skonfigurowania wymaganych jest kilka ważnych kroków.

Postępowanie demonstracyjne to najlepszy sposób na uniknięcie błędów. Aby skonfigurować kamerę o dużej szybkości, umieść znacznik wyrównania w środkowej pozycji stolika na próbkę, przodem do kamery i dostosuj powiększenie kamery tak, aby kwadratowy znacznik mieścił się w polu view. Gdy znacznik jest ostry, uchwyć obraz.

Załaduj graficzny interfejs użytkownika dla oprogramowania do analizy wpływu kropli w programie MATLAB, kliknij przycisk Kalibruj kamerę i wybierz przechwycony obraz, aby uruchomić kod analizy obrazu. Wprowadź rozmiar kwadratu kalibracyjnego w milimetrach i kliknij przycisk OK. Przesuwaj prostokąt do momentu, gdy kwadrat kalibracji stanie się jedynym obiektem w prostokącie, a następnie kliknij przycisk OK. Oprogramowanie automatycznie obliczy współczynnik konwersji.

Aby wyrównać system eksperymentalny, umieść mocowanie igły na wysokości oczu, aby ułatwić ładowanie, i sprawdź, czy rurka nie jest skręcona. Za pomocą strzykawki z pewną, czystą igłą ręcznie oczyść rurkę z resztek płynu, trzymając rurkę i igłę w pozycji pionowej. I napełnij strzykawkę interesującym Cię płynem.

Podłączyć strzykawkę do sterowanej komputerowo pompy strzykawkowej, a następnie kliknąć i przytrzymać przycisk dozowania pompy strzykawkowej, aby oczyścić igłę, aż w płynie nie będzie pęcherzyków powietrza. Ustawić pompę tak, aby dozowała odpowiednią objętość do uwolnienia pojedynczych kropelek płynu i wyrównaj próbkę pod igłą. Następnie za pomocą pompy dozuj pojedynczą kroplę do próbki i upewnij się, że kropla wyląduje i rozprzestrzeni się po obszarze zainteresowania na próbce.

Po potwierdzeniu ustawień kropli wyreguluj pionową pozycję uchwytu próbki, aż powierzchnia zrówna się ze środkiem pola widzenia kamery, a następnie wyreguluj poziome położenie kamery tak, aby kropla na próbce była wyrównana na środku pola widzenia. Następnie dostosuj pionową i poziomą pozycję diody LED, aby dopasować ją do pozycji kamery, tak aby środek światła pojawił się w środku pola view. I dostosuj odległość aparatu od kropli, aby kropla była ostra.

Po wyrównaniu i skalibrowaniu systemu ustaw liczbę klatek na sekundę kamery na optymalną wartość dla nagrywanego obiektu. Ustaw czas naświetlania aparatu na jak najmniejszą wartość, zachowując przy tym wystarczające oświetlenie. I dostosuj przysłonę obiektywu do najmniejszego dostępnego ustawienia, zachowując wystarczające oświetlenie.

Następnie ustaw wyzwalacz dla kamery za pomocą wyzwalacza trybu końcowego, tak aby kamera buforowała nagranie przed zatrzymaniem się na wyzwalaczu. Aby przeprowadzić eksperyment, utwórz folder do przechowywania filmów z bieżącej partii eksperymentów i ustaw ten folder jako lokalizację zapisu oprogramowania aparatu zgodnie z przewodnikiem producenta aparatu. Upewnij się, że format pliku przechwyconych obrazów jest ustawiony na TIFF.

Kliknij opcję Ustaw ścieżkę w graficznym interfejsie użytkownika analizy obrazu i wybierz folder lokalizacji zapisu, aby oprogramowanie monitorowało ten folder pod kątem nowych filmów. Aby utworzyć strukturę folderów dla eksperymentów wsadowych, kliknij przycisk Utwórz foldery i wprowadź minimalną wysokość uwalniania kropli, maksymalną wysokość uwalniania, krok wysokości między każdym eksperymentem oraz liczbę powtórzeń eksperymentów na każdej wysokości. I kliknij OK, aby uruchomić skrypt tworzenia folderów.

W przypadku uderzenia w suchą, twardą powierzchnię, należy oczyścić powierzchnię zgodnie z odpowiednim standardowym protokołem i pozostawić powierzchnię do całkowitego wyschnięcia. Aby zarejestrować zdarzenie uderzenia kropli, umieść próbkę na stoliku próbki tak, aby była wyrównana z kamerą, a następnie przesuń igłę na żądaną wysokość uwalniania kropli. Upewnij się, że view z kamery jest niezakłócony przed zrobieniem i zapisaniem obrazu w oprogramowaniu aparatu.

Rozpocznij nagrywanie wideo tak, aby kamera nagrywała i buforowała, a następnie użyj pompy strzykawkowej, aby dozować pojedynczą kroplę na próbkę. Następnie uruchom nagrywanie, aby zatrzymać się po zakończeniu zdarzenia uderzeniowego. Usunąć powierzchnię z uchwytu na próbkę i odpowiednio osuszyć powierzchnię.

Aby przygotować przechwycony plik wideo do analizy, w oprogramowaniu kamery szybkotnącej zeskanuj wideo, aby znaleźć pierwszą klatkę, w której kropla znajduje się całkowicie w polu view, i przytnij początek filmu do tej klatki. Przesuń do przodu o liczbę klatek wymaganą do uchwycenia interesujących zjawisk podczas eksperymentu zderzeniowego i przytnij koniec filmu do tej klatki. Następnie zapisz wideo jako plik AVI, a ścieżkę zapisu do odpowiedniego folderu dla bieżącej partii eksperymentalnej, wysokości wydania i liczby powtórzeń.

W interfejsie analizy obrazu kliknij przycisk Sortuj pliki i wizualnie potwierdź, że uzyskany obraz tła jest teraz wyświetlany na ekranie. Następnie kliknij przycisk Uruchom obrysowywanie, aby rozpocząć przetwarzanie obrazu. Wideo zostanie wyświetlone z nałożonym wynikowym przetwarzaniem obrazu.

Sprawdź jakościowo, czy przetwarzanie obrazu działa poprawnie, oglądając wideo. W przypadku analizy danych pierwotnych w graficznym interfejsie użytkownika analizy obrazu kliknij opcję Dane procesowe, aby rozpocząć obliczanie głównych zmiennych na podstawie nieprzetworzonych danych procesu. Następnie wprowadź liczbę klatek na sekundę nagrywania, gęstość płynu, napięcie powierzchniowe płynu i lepkość płynu, a następnie kliknij przycisk OK. Dane zostaną zapisane w pliku MAT folderu wideo i wyeksportowane jako plik CSV.

Kwadrat odniesienia musi być niezasłonięty w polu widzenia kamery i ostry. Nieprawidłowe ustawienie ostrości kwadratu odniesienia spowoduje błąd systematyczny w obliczonych wartościach. Oprogramowanie do identyfikacji kropel opiera się na tym, że powierzchnia próbki jest prezentowana poziomo do kamery, jak zaobserwowano na tym obrazie.

Powierzchnie, które są wygięte lub mają niską rozdzielczość, powodują błędy przetwarzania obrazu. Aby upewnić się, że cały rozprzestrzeniający się kropel jest śledzony przez oprogramowanie, kropla powinna wylądować w środku próbki. Jeśli system jest nieprawidłowo wyrównany, kropla może dryfować z pozycji środkowej i będzie nieostra.

Aby zapewnić, że zobrazowane krawędzie uderzającej kropli wydają się ostre, należy użyć możliwie najkrótszego czasu naświetlania przy dostępnym źródle światła. Nieprawidłowe wyrównanie ścieżki oświetlenia względem aparatu często wpływa na inne ustawienia, takie jak przysłona aparatu i czas ekspozycji, powodując rozmytą krawędź przemieszczającej się kropli. Oprogramowanie powinno być w stanie prześledzić cały kontur kropli na obrazach wideo.

Jeśli ślad nie zostanie wykonany, zmierzone wartości, takie jak długość rozprowadzanej kropli, będą nieprawidłowe. Istotne jest, aby kamera była prawidłowo ustawiona i wyrównana z próbką, a zapisane wideo było zgodne ze ścieżką podaną w oprogramowaniu. W przeciwnym razie analiza zakończy się niepowodzeniem.

Udało nam się zbadać różnice w wynikach oddziaływania w zakresie szeregu parametrów eksperymentalnych. Na przykład przy określaniu prędkości, z jaką kropla zaczyna się rozpryskiwać.