實驗名稱：電流體噴印實驗觀測平台

　　測試設備：ATA-7030高壓放大器、函數發生器、示波器、高速相機、激光光源控制器、激光光源、電腦等。

　　實驗過程：

　　图1：锥射流观测平台：（a）實驗台架和（b）主要實驗设备。其中1是高速相机，2是显微放大镜头，3是微量注射泵，4是注射泵控制器，5是激光光源控制器，6是激光光源，7是高壓放大器，8是函数发生器，9是示波器，10是XY移动平台，11是电脑控制系统。1、2、5和6组成高速相机观测系统，7、8和9组成高电压产生系统

　　電流体噴印實驗平台装置如图1（a）所示，主要功能模块包括高电压产生系统、高速相机观测系统、流量驱动系统和平台移动控制系统。實驗中的墨液通过注射器的注入，注射器与执行机构固定，由微泵驱动，如图1（b）中3。注射器推进速度可以通过设置微泵控制器注入流量来改变，最小流量可达138nL/min。注射器可方便更换20~30G不锈钢针头，针头通过鳄鱼夹外接高壓放大器的正极。高壓放大器和函数发生器、示波器组成高电压系统，如图2.7（b）中7、8和9。该系统函数发生器产生任意波形信号输入到高壓放大器，高壓放大器仅放大电压信号，不放大频率。函数发生器产生交流脉冲的最大频率可达25MHz，高壓放大器在波形不失真的情况下最高放大的电压不超过±3kV。放大后的电压通过示波器进行测量，示波器测量的电压是其输入电压的1/1000。高电压系统的三个仪器均可连接电脑，通过LabVIEW开发的控制软件进行统一操控。注射器连同执行机构一起固定在并列的两个FSL40直线导轨丝杆滑台模组上，该模组能够丝杠能以最小1mm/s的速度升降，即图1（a）中的Z轴升降台。注射器正下方是树脂基板，基板上放置光滑不锈钢薄片，不锈钢薄片通过鳄鱼夹连接高壓放大器的负极。不锈钢薄片上紧贴透明绝缘胶布，防止實驗过程中正负极相接。基板位于X-Y轴移动平台上，该移动平台由两个28号微型步进电机垂直布置组成，电机由24V开关电源供电。电机的控制端连结电脑，通过电脑上的微软基础类库开发的软件设置运行速度，最小速度可达25μm/s。注射器针头针尖水平位置布置有高速相机观测系统，由图1（b）中的1、2和4组成。高速相机捕捉画面达200万像素，在全画幅下帧率最高达3000fps。显微放大镜头用于放大图像，最大放大倍数可达4倍。激光光源提供高强度光照，能够在10000帧小画幅下提供充足照明。

　　實驗結果：

　　圖2：射流斷裂觀測平台：（a）主要實驗設備和（b）針-圓筒式同軸電極結構。其中1是流量驅動系統，2是高電壓系統，3是高速相機，4是圓筒電極，5是LED光源，6是電腦，7是廢液接收器；紅色和黑色實線分別是正極和負極線，綠色虛線是連接電腦線路

　　爲了觀測射流斷裂過程，圖2展示了同軸帶電射流的實驗裝置。在一般的電流體噴印實驗中，錐射流射流部分的直徑遠小于噴嘴內徑，對于27G的針頭，其射流直徑不超過10μm。目前即使最先進的高速相機也捕捉不到如此細的射流界面的變化。因此下圖中的同軸帶電射流裝置，射流直接從針頭擠壓而出，不産生泰勒錐，射流的半徑在100μm左右。同時射流包裹有透明導電電極，用于産生徑向電場，如圖2（a）中4所示。在射流斷裂實驗中，保持相關的無量綱和電流體噴印中接近，這類似于風洞實驗中的相似原理。實驗裝置主要包括電射流産生模塊和高速相機觀測模塊。在電射流産生模塊，射流由注射泵驅動，通過針電極噴射出，再經過同軸電極。這種模塊也被稱爲針-圓筒式電極結構。其中針電極施加直流電壓，同軸電極接地。射流最終斷裂的液滴被接收器所接收。高速相機用于捕捉斷裂過程，最高幀率可達2×10⁴fps，能夠捕捉到接近斷裂時刻界面特征。

　　高壓放大器推荐：ATA-7030

　　圖：ATA-7030高壓放大器指標參數

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