淺談液滴分析儀的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計

孫艷

（忻州職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電系，山西 忻州 034000）

液滴分析技術(shù)的特點是使用人類指紋來識別人，根據(jù)該識別的數(shù)字可以定性流體，能夠了解液滴分析技術(shù)在線監(jiān)測的可能性，該技術(shù)可以直接用于樣品的采樣，測試和自動分析，并將其應(yīng)用于水質(zhì)和飲料控制的變化。液滴分析技術(shù)是一種新技術(shù)，它利用光纖和電容傳感器在液滴形成過程中獲取液體的光和電信號，并實現(xiàn)液體特性。通過將電容信號（如水平坐標(biāo)和光纖信號）作為配位，可以達(dá)到反映液體特性的曲線。

1 液滴分析技術(shù)測量原理

電容式液滴傳感器電容的變化是：光纖液滴傳感器主要由液滴頭、輸液光纖、輸出光纖和供電管組成，能夠控制光源，液滴內(nèi)部的光被液體等反射、透射和完全吸收，人體的一些模擬光纖作為信號輸出。這部分變化改變了光強(qiáng)度，包括泄漏的物理化學(xué)性質(zhì)的全面信息。

在液滴體積變化過程中，電容傳感器的電容變化如下：

式中，h能夠隨液滴的生長過程而變化，ε0代表真空電常數(shù)，R代表的是環(huán)形電極內(nèi)半徑，r指的是液滴的半徑，ε1指的是測量的液體的相對介電常數(shù)，εa是環(huán)板和液滴之間空氣的相對介電常數(shù)。

2 液滴分析儀傳感器的結(jié)構(gòu)設(shè)計

液滴頭和環(huán)板形成電容式傳感器的兩個電極，液滴頭附著在空間的下支撐殼上，環(huán)板的安裝位置由定位芯保證。在測量電路中，環(huán)板就像充電信號的齒面端一樣，非常容易受到外部干擾。因此，電容器的上部和下部屏蔽層設(shè)計用于隔離與環(huán)板的外部干擾，以確保測量的進(jìn)行。

2.1 傳感器的核心部件分析

2.1.1 滴頭

密集傳感器的兩個電極由液滴頭和環(huán)板形成，液滴頭連接到空間的下部支撐殼上，圓板的安裝位置由位置核心固定。在測量電路中，圓板與加載信號的齒端一樣，極易受到外界干擾。因此，電容器的上下外殼設(shè)計用于將外部靜電與環(huán)板絕緣，以確保測量的穩(wěn)定性。

2.1.2 環(huán)形極板及上、下屏蔽罩

圓柱形密封膠模型的外板是由銅制成的，這樣其中心軸與落頭的中心軸能夠重合，圓板的長度要大于液滴過程的最大距離，本文中為14mm。圓板的下部有一個直徑為2mm的孔，內(nèi)置保護(hù)芯，圓板的充電信號通過保護(hù)線的內(nèi)芯到達(dá)測量通道。

2.1.3 上、下屏蔽罩

測量通道通過來自“地面站”和“待測終端”的兩個信號連接到雙極密封膠傳感器，以實時測量容量值。在滴劑的生長中，頭部毛毛雨的長度不斷變化，費用也在不斷變化。在測量中，滴落時用不穩(wěn)定的力連接到地球末端，測量周期連接到測量通道中的終端進(jìn)行測量。由于理論容量值僅為PF水平，因此極易受到外部因素的干擾，電容器的上下保護(hù)外殼設(shè)計在圓板外。

2.1.4 下支撐套

下部支撐套管材料為PTFE，可完成電容器，光纖傳感器和電路的緊固功能。上部和下部有四個圓孔，用于緊密的信號線層。同時，它們可以輕松跟蹤密封劑板和光纖貼片的緊固位置。它是下部支撐套筒內(nèi)的一個定制孔，塑料板通過這個光滑的孔將下部支撐套筒從下部轉(zhuǎn)動，并調(diào)整電容器下方保護(hù)外殼的垂直位置。在下部支撐套的中間有一個圓孔，通過與滴頭過盈配合完成滴頭的裝卡。

2.2 光纖傳感器核心部件

2.2.1 軌道

本文設(shè)計了光纖電纜測量垂直位移軌跡，以保證光纖運(yùn)動的有效性。螺紋孔在軌道的一側(cè)打開，并將頭發(fā)注射收緊到所需位置。在軌道的另一側(cè)是50度的角落處的長臺階沖洗，其中內(nèi)滴通過該進(jìn)料管插入。軌道的外脈與下部支撐套筒的內(nèi)壁相結(jié)合，下部支撐套筒通過軌道下部的三個孔調(diào)整其位置，這些孔在120度的圓周內(nèi)是對稱的。

2.2.2 墊片

密封劑中心有一個直徑為2mm的孔，與下部控制臺平行的直徑必須為0.01mm。由于墊片之間的厚度差僅為0.1mm，因此使用兩個高模擬插頭作為加工原料，墊片采用線切割技術(shù)進(jìn)行加工。選擇0.1mm、0.2mm、0.3mm、0.4mm、0.5mm和1mm六種尺寸進(jìn)行加工，并通過超級聚焦實現(xiàn)1.1～2.4mm的包裝厚度。通過改變包裝的不同厚度并將其覆蓋在所需的高度來改變纖維深度。光纖安裝的深度不同，產(chǎn)生的指紋滴也不同。在實驗中找到光纖探頭的深度后，將光纖探頭固定在此位置。

2.2.3 圓柱芯

圓柱芯下端放置在圓柱形軌道頂部的中間孔中，以分散注意力。圓柱芯頂部的圓柱形邊緣與滴水端底部的內(nèi)錐端接觸，保證圓柱形芯的卷曲性和滴水性。

3 實驗與分析

3.1 光纖插入深度實驗

竹酒當(dāng)作測量對象，限制滴頭的穿透深度，進(jìn)行指紋提取實驗，如圖2所示。

圖2 不同光纖端面插入深度的綿竹酒液滴指紋圖

3.2 液滴指紋圖特征峰統(tǒng)計

隨著厚度線性增加，光纖末端人頭下降的深度減小，而液滴打印上的電壓停止（定義為液滴打印卡背面的較大尖端為“停止電壓”），并且隨著封裝厚度的增加，趨勢增加。在小于1.0mm的包裝厚度范圍內(nèi)，在罩的尖端和彩虹的尖端之間，表面為零（除擾動以外的第一個彎曲尖端被定義為“彩虹尖端”），這是由穿透液滴下邊緣輪廓的纖維探頭產(chǎn)生的，并且該區(qū)域中液滴打印的適當(dāng)功能丟失。在0.2mm指紋卡封裝中，跌落沒有出現(xiàn)在肩膀的頂部和彩虹的頂部，只有電壓停止，而電容的前半部分指紋卡功能周期丟失了。在封裝厚度為1.0mm或更小的區(qū)域，軌道液滴的指紋卡的原始值為零。實驗測量了7種液體的指紋，以及指紋卡中6種滴的原始值對應(yīng)于每個厚度包裝，粒數(shù)值為零，彩虹頂計數(shù)為肩頂（在跌落指紋卡中彩虹頂正面也出現(xiàn)小凸起的肩頂，此肩上衣定義為“彩虹頂肩上衣”），張力峰肩上衣（下降指紋短電壓峰出現(xiàn)在后部的小凸起峰，定義為“電壓峰肩峰”），如表1所示。

表1 不同厚度墊片對應(yīng)光纖指紋圖特征數(shù)量統(tǒng)計表

在選擇光纖端插件的深度位置時，需要選擇深度位置，以便與深度位置對應(yīng)的指紋卡盡可能多地暴露信息，即盡可能多的功能。如表1所示，隨著填料厚度的增加，功能總數(shù)也會增加，填料厚度為1.6mm、1.8mm和2.0mm作為填料厚度的替代方案。如圖10所示，隨著封裝的增加，光信號的強(qiáng)度顯示出下降的趨勢，即光信號曲線包圍的區(qū)域，水平軸顯示下降的趨勢。通過選擇1.8mm厚度作為光纖表面插入深度的邊界包厚度，所得指紋卡不僅可以暴露多種功能，而且其光信號強(qiáng)度也不弱。

圖1 滴頭結(jié)構(gòu)圖