6,661 Views
•
10:39 min
•
August 05, 2020
DOI:
Dessa tekniker kan användas för att svara på frågor om resonansfrekvens, vibrationell läge spänning, vibration amplitud, och hur givare med dessa egenskaper fungerar som atomizers. Med information från dessa analyser, är det möjligt att noggrant kvantifiera effekterna av oberoende variabler och experiment med tjocklek läge givare. Denna teknik möjliggör utveckling av enheter som kan användas för att atomisera läkemedel för behandling av luftvägssjukdomar såsom lunginflammation.
Dessa metoder är användbara för att karakterisera atomiseringsfenomen och kan appliceras på studiet av kapillärvågor på ytan av en droppe. Eftersom många konkurrerande faktorer måste vara balanserade kan det vara svårt att uppnå kontinuerlig atomisering. Justera insatsen effekt, vekens position och vekens orientering och observera hur beteendet förändras.
Många av dessa tekniker är enkla att utföra efter demonstration, men kräver viss fingerfärdighet och rumslig medvetenhet som inte stöter på i text. För att montera en anpassad givare hållare, löda två ytmontering fjäderkontakter till var och en av två anpassade tryckta kretskort och klipp de yttre kontakterna så att de inte kortsluter kretsen. Tryck passa spikar i pläterade hål på anpassade styrelser så att spikar pekar bort från varandra.
Använd brädmejare och skruvar för att ansluta de två anpassade kretskorten så kontakterna är bara i kontakt med varandra. Justera avståndet med plastbrickor efter behov. Skjut sedan en 3 x 10 millimeters givare mellan det inre kontaktparet.
För att identifiera resonansfrekvensen genom impedansanalys, anslut en givare till den öppna porten i nätverksanalysatorn och välj parametern S11 reflektionskoefficient via användargränssnittet i nätverksanalysatorn. Välj frekvensområde av intresse och utför frekvenssvepet. Välj sedan spara återkallande och spara spårdata för att exportera data till en lämplig databehandlingsprogram för att identifiera de exakta minimala platser.
För att karakterisera vibrationen genom LDV, placera en givare i Pogo plattan kontakt på LDV scenen och ansluta pogo sonden leder till signalgeneratorn. Se till att rätt mål väljs i förvärvsprogrammet och fokusera mikroskopet på givarens yta. Välj definiera skanningspunkter och inställningar.
En enda punkt scan ger användaren vibrationer amplitud på en enda punkt. För att bestämma vibrationsläget och resonansen måste en områdesskanning utföras. Under den allmänna fliken väljer du alternativet FFT eller tid beroende på om genomsökningen utförs i frekvens- eller tidsdomän och ställer in antalet medelvärden.
I kanalfliken kontrollerar du att de aktiva rutorna är kontrollerade och justerar referens- och infallande kanaler för att välja maximal signalstyrka från underlaget. I fliken generator, om mätningen utförs under enstaka frekvenssignal, välj Sine från vågform pull-down listan. Om det är under ett enda band väljer du MultiCarrierCW.
Sedan i fliken frekvens, ändra bandbredd och FFT linjer för att justera skanningsupplösning för en frekvens domän scan. Om tidsdomänmätningarna utförs ändrar du provfrekvensen i tidsfliken. För att skapa vätsketillförselsystemet, välj en 25 millimeter lång 2 millimeter diameter veke består av en bunt fibrer av en hydrofil polymer utformad för att transportera samtytor vätska.
Trimma ena änden av veken så att den bildar en asymmetrisk spets och sätt sedan in den i en Luer-låsspruta med önskad kapacitet, vilket gör att veken kan sträcka sig 15 millimeter bortom änden. Lås en sprutspets på sprutan som ger en ombonad passform runt veken och montera monteringen så att veken är 10 till 90 grader från horisontell och vekens spets är precis i kontakt med kanten på givaren. Fyll sedan sprutan med vatten.
Ställ in spänningen på noll och applicera en kontinuerlig spänningssignal vid resonansfrekvensen som bestäms med hjälp av impedansanalysatorn. Öka spänningen tills vätskan är finfördeliga kontinuerligt utan att enheten översvämmas eller torkar ut. Om de föreslagna justeringarna misslyckas, rugga guldytan på givaren nära veken kontaktpunkt med fina sandpapper utan att ta bort guldet helt.
För att observera enheten dynamiken via höghastighetsavbildning, styvt montera en höghastighetskamera horisontellt på ett optiskt bord och placera en givare i Pogo plattan kontakt på en XYZ skede nära brännvidd på kameran. Placera en diffus ljuskälla minst en brännvidd på den motsatta sidan av givaren från kameran och använd en pipett för att placera en sessile droppe på ytan av givaren. Justera kamerafokus och XYZ-positionen för att få vätskeprovet i skarpt fokus och välj en bildhastighet som är minst dubbelt så stor som denna frekvens enligt Nyquisthastigheten för att undvika aliasing.
Justera ljusintensiteten, kamerans slutare eller båda för att optimera kontrasten mellan vätskan och bakgrunden. Anslut sedan alligator klipp från den förstärkta signalgeneratorn till pogo probe leads och fånga fenomenet genom att samtidigt utlösa videon i kamerans programvara och tillämpa spänningssignalen. För laserspridningsanalys av droppstorleken, justera laseröverförande och laser mottagande moduler längs skenan av laserspridningssystemet med en 20 till 25 centimeter gap mellan de två modulerna.
Styvt montera en plattform i denna lucka så att när givaren och vätsketillförselenheter placeras på den, kommer atomiserad dimma att matas ut i laserstrålen. För att underlätta denna inriktning, slå på laserstrålen och välj verktyg, laserkontroll och laser på. Fixera givarens hål på plattformen.
Fixera vätsketillförselns montering på en ledad arm. Placera vätsketillförseln montering så att spetsen av veken är bara i kontakt med kanten av givaren och använda alligator klipp för att ansluta signalkällan till spiken terminalerna på givaren innehavaren och klicka på nya standard operativa förfarandet i laserspridning system programvara. Ange mallen till standard kontinuerlig och samplingsperioden till 1.
Under datahantering klickar du på Sprayprofilen för att ange banlängden till 20 millimeter. Klicka på alarm för att avmarkera använd standardvärden och ange minsta sändning till 5 och 1%och den minsta spridningsplatsen till 50 och 10. När alla parametrar har ställts in klickar du på Start Standard operating procedure och välj den skapade proceduren.
Fyll vätsketillförseln reservoaren med vatten upp till önskad nivå och notera volymen. När mätningen har påbörjats, sätt på spänningssignalen och starta stoppuret så snart atomiseringen börjar. När den önskade vätskevolymen har finfördelades stänger du av spänningssignalen medan stoppuret stoppas och registrerar den slutliga volymen.
I den resulterande mätningen histogram, välj den del av data under vilken atomiseringen skedde som förväntat och signalen vid mottagaren var stark nog att vara statistiskt signifikant. Klicka på medelvärde och okej för att generera en fördelning baserat på de valda uppgifterna. Kopiera sedan och datan till en textfil och spara med ett lämpligt filnamn.
Karakteriseringen av dessa enheter inkluderar bestämning av resonant frekvensen och övertoner med hjälp av en impedansanalysator. I denna representativa analys befanns enheternas fundamentala frekvens vara nära sju megahertz som förutspåtts av underlagets tjocklek. Ytterligare karakterisering med hjälp av beröringsfri laser Doppler vibrometri kan användas för att bestämma omfattningen och förskjutningen av substratet, som vanligtvis är i nanometerområdet.
Dessutom kan droppvibrationen utvärderas genom höghastighetsavbildning och atomiseringsdynamiken kan bestämmas genom mätning av droppstorleksfördelningen. Kom ihåg att för att uppnå atomisering, måste givaren vara verksamma på en tjocklek läge resonans frekvens. Om enheten underpresterar, då du kanske inte på rätt frekvens.
Med hjälp av detta protokoll som en grund, många tjocklek läge parametrar kan varieras och jämföras såsom elektrod tjocklek eller laterala dimensioner. Efter att ha etablerat detta protokoll med vatten, kan tjockleksläge givare nu användas med andra vätskor för tillämpningar såsom pulmonell drug delivery, kylning och kodning.
Tillverkning av piezoelektriska tjocklek läge givare via likström sputtering av plattan elektroder på litium niobat beskrivs. Dessutom uppnås tillförlitlig drift med en givare hållare och vätskeförsörjningssystem och karakterisering visas via impedans analys, laser doppler vibrometri, höghastighetsavbildning, och droppstorlek distribution med hjälp av laser spridning.
Read Article
Cite this Article
Vasan, A., Connacher, W., Friend, J. Fabrication and Characterization of Thickness Mode Piezoelectric Devices for Atomization and Acoustofluidics. J. Vis. Exp. (162), e61015, doi:10.3791/61015 (2020).
Copy