Wytwarzanie i charakterystyka urządzeń piezoelektrycznych w trybie grubości do atomizacji i akustofluidyki

Techniki te można wykorzystać do udzielenia odpowiedzi na pytania dotyczące częstotliwości rezonansowej, pobudzenia w trybie wibracyjnym, amplitudy drgań oraz tego, jak przetworniki o tych cechach działają jako atomizery. Dzięki informacjom dostarczonym przez te analizy możliwe jest rygorystyczne ilościowe określenie wpływu zmiennych niezależnych i eksperymentów z udziałem przetworników trybu grubości. Technika ta umożliwia opracowanie urządzeń, które można wykorzystać do rozpylania leków stosowanych w leczeniu chorób układu oddechowego, takich jak zapalenie płuc.

Metody te są przydatne do charakteryzowania zjawisk atomizacji i mogą być stosowane do badania fal kapilarnych na powierzchni kropli. Ponieważ wiele konkurujących ze sobą czynników musi być zrównoważonych, osiągnięcie ciągłej atomizacji może być trudne. Dostosuj wejście mocy, położenie i orientację i obserwuj, jak zmienia się zachowanie.

Wiele z tych technik jest prostych do wykonania po demonstracji, ale wymaga pewnej zręczności i świadomości przestrzennej, których nie ma w tekście. Aby zmontować niestandardowy uchwyt przetwornika, dwa styki sprężynowe do montażu powierzchniowego do każdej z dwóch niestandardowych płytek drukowanych i przypnij zewnętrzne styki, aby nie zwierały obwodu. Wciśnij kolce w platerowane otwory na niestandardowych płytach tak, aby kolce były skierowane od siebie.

Użyj przekładek i do płytki, aby połączyć dwie niestandardowe płytki drukowane, tak aby styki stykały się ze sobą. W razie potrzeby dostosuj odstępy za pomocą plastikowych podkładek. Następnie wsuń przetwornik o wymiarach 3 x 10 milimetrów między wewnętrzną parę styków.

Aby zidentyfikować częstotliwość rezonansową na podstawie analizy impedancji, podłącz przetwornik do otwartego portu analizatora sieci i wybierz parametr współczynnika odbicia S11 za pomocą interfejsu użytkownika analizatora sieci. Wybierz interesujący Cię zakres częstotliwości i wykonaj przemiatanie częstotliwości. Następnie wybierz opcję Zapisz przywołanie i zapisz dane śledzenia, aby wyeksportować dane do odpowiedniego oprogramowania do przetwarzania danych w celu zidentyfikowania dokładnych minimalnych lokalizacji.

Aby scharakteryzować wibracje za pomocą LDV, umieść przetwornik w styku płytki pogo na stoliku LDV i podłącz przewody sondy pogo do generatora sygnału. Upewnij się, że w oprogramowaniu do akwizycji wybrano właściwy obiektyw i ustaw ostrość mikroskop na powierzchni przetwornika. Wybierz opcję Definiuj punkty skanowania i ustawienia.

Skanowanie jednopunktowe daje użytkownikowi amplitudę drgań w jednym punkcie. Aby określić tryb wibracji i rezonans, należy wykonać skanowanie obszaru. Na karcie ogólne wybierz opcję FFT lub czas w zależności od tego, czy skanowanie jest wykonywane w dziedzinie częstotliwości czy czasu i ustaw liczbę średnich.

W zakładce kanał upewnij się, że pola aktywne są zaznaczone i dostosuj kanały referencyjne i padające, aby wybrać maksymalną siłę sygnału z podłoża. W zakładce generatora, jeśli pomiar jest wykonywany pod sygnałem o pojedynczej częstotliwości, wybierz Sinus z listy rozwijanej przebiegu. Jeśli znajduje się w jednym paśmie, wybierz MultiCarrierCW.

Następnie na karcie częstotliwość zmień szerokość pasma i linie FFT, aby dostosować rozdzielczość skanowania dla skanowania w dziedzinie częstotliwości. Jeśli wykonywane są pomiary w dziedzinie czasu, zmień częstotliwość próbkowania w zakładce czasu. Aby stworzyć system dostarczania płynów, wybierz o długości 25 milimetrów i średnicy 2 milimetrów, składający się z wiązki włókien hydrofilowego polimeru przeznaczonego do transportu cieczy.

Przytnij jeden koniec tak, aby utworzył asymetryczną końcówkę, a następnie włóż go do strzykawki Luer lock o pożądanej pojemności, pozwalając wysunąć się na 15 milimetrów poza koniec. Zablokuj końcówkę strzykawki na strzykawce, zapewniając dokładne dopasowanie do i zamontuj zespół tak, aby znajdował się od 10 do 90 stopni od poziomu, a końcówka stykała się z krawędzią przetwornika. Następnie napełnij strzykawkę wodą.

Ustaw napięcie na zero i zastosuj ciągły sygnał napięciowy o częstotliwości rezonansowej wyznaczonej za pomocą analizatora impedancji. Zwiększaj napięcie, aż ciecz będzie rozpylana w sposób ciągły bez zalania lub wyschnięcia urządzenia. Jeśli sugerowane regulacje nie powiodą się, zmatowić złotą powierzchnię przetwornika w pobliżu punktu styku drobnym papierem ściernym, nie usuwając całkowicie złota.

Aby obserwować dynamikę urządzenia za pomocą szybkiego obrazowania, należy sztywno zamontować kamerę szybkotnącą poziomo na stole optycznym i umieścić przetwornik w styku płytki pogo na stoliku XYZ w pobliżu ogniskowej kamery. Umieść rozproszone źródło światła o co najmniej jednej ogniskowej po przeciwnej stronie przetwornika niż kamera i za pomocą pipety umieść siedzącą kroplę na powierzchni przetwornika. Dostosuj ostrość kamery i pozycję XYZ, aby uzyskać ostrość próbki płynu i wybierz liczbę klatek na sekundę, która jest co najmniej dwa razy większa niż ta częstotliwość zgodnie z szybkością Nyquista, aby uniknąć aliasingu.

Dostosuj intensywność światła, migawkę aparatu lub jedno i drugie, aby zoptymalizować kontrast między płynem a tłem. Następnie podłącz zaciski krokodylkowe ze wzmocnionego generatora sygnału do przewodów sondy pogo i uchwyć zjawisko, jednocześnie wyzwalając wideo w oprogramowaniu kamery i stosując sygnał napięciowy. W celu analizy rozpraszania laserowego wielkości kropli należy wyregulować moduły nadawcze i odbiorcze lasera wzdłuż szyny systemu rozpraszania laserowego z odstępem od 20 do 25 centymetrów między tymi dwoma modułami.

Sztywno zamontuj platformę w tej szczelinie, tak aby po umieszczeniu na niej przetwornika i zespołów doprowadzających płyn, rozpylona mgła została wyrzucona na ścieżkę wiązki laserowej. Aby ułatwić to wyrównanie, włącz wiązkę laserową i wybierz narzędzia, sterowanie laserem i laser włączony. Przymocuj otwór przetwornika do platformy.

Zamocuj zespół doprowadzania płynu do ramienia przegubowego. Ustaw zespół doprowadzania płynu tak, aby końcówka stykała się z krawędzią przetwornika i użyj zacisków krokodylkowych, aby podłączyć źródło sygnału do zacisków kolców w uchwycie przetwornika i kliknij nową standardową procedurę operacyjną w oprogramowaniu systemu rozpraszania laserowego. Ustaw szablon na domyślny ciągły, a okres próbkowania na 1.

W obszarze Obsługa danych kliknij opcję Profil natrysku, aby ustawić długość ścieżki na 20 milimetrów. Kliknij opcję Alarmy, aby odznaczyć opcję Użyj wartości domyślnych i ustawić minimalną transmisję na 5 i 1% oraz minimalne rozproszenie na 50 i 10. Po ustawieniu wszystkich parametrów kliknij przycisk rozpocznij standardową procedurę operacyjną i wybierz utworzoną procedurę.

Napełnij zbiornik płynu wodą do żądanego poziomu i zanotuj objętość. Po rozpoczęciu pomiaru włącz sygnał napięcia i uruchom stoper, gdy tylko rozpocznie się atomizacja. Po rozpyleniu żądanej objętości płynu wyłącz sygnał napięcia, jednocześnie zatrzymując stoper i nagraj ostateczną objętość.

Na wynikowym histogramie pomiaru wybierz część danych, podczas której atomizacja zachodziła zgodnie z oczekiwaniami, a sygnał na odbiorniku był wystarczająco silny, aby był statystycznie istotny. Kliknij opcję uśredniana i w porządku, aby wygenerować rozkład na podstawie wybranych danych. Następnie skopiuj i zapisz dane do pliku tekstowego i zapisz pod odpowiednią nazwą pliku.

Charakterystyka tych urządzeń obejmuje określenie częstotliwości rezonansowej i harmonicznych za pomocą analizatora impedancji. W tej reprezentatywnej analizie stwierdzono, że podstawowa częstotliwość urządzeń jest bliska siedmiu megaherców, zgodnie z przewidywaniami na podstawie grubości podłoża. Dalsza charakterystyka za pomocą bezkontaktowej laserowej wibrometrii dopplerowskiej może być wykorzystana do określenia wielkości i przemieszczenia podłoża, które zwykle mieści się w zakresie nanometrów.

Ponadto wibracje kropli można ocenić za pomocą obrazowania z dużą prędkością, a dynamikę atomizacji można określić, mierząc rozkład wielkości kropli. Pamiętaj, że aby osiągnąć atomizację, przetwornik musi pracować z częstotliwością rezonansową w trybie grubości. Jeśli urządzenie nie działa zbyt dobrze, może to oznaczać, że nie masz odpowiedniej częstotliwości.

Korzystając z tego protokołu jako podstawy, można zmieniać i porównywać wiele parametrów trybu grubości, takich jak grubość elektrody lub wymiary boczne. Po ustaleniu tego protokołu z wodą, przetworniki w trybie grubości mogą być teraz używane z innymi płynami do zastosowań takich jak dostarczanie leków płucnych, chłodzenie i kodowanie.