[发明专利]单液滴静电喷射系统稳定工作的调控方法

权利要求书

1.一种单液滴静电喷射系统，其特征在于：该系统由驱动电机(1)、注射器(2)、喷嘴(3)、喷嘴支架(4)、液滴收集器(5)、激光器(6)、透镜(7)、光电倍增管(8)、线阵CCD(9)、模数转换器ADC(10)、FPGA(11)和高压电源(12)组成；驱动电机(1)与注射器(2)连接，注射器(2)由驱动电机(1)进行驱动；注射器(2)的喷口处设有喷嘴(3)，喷嘴(3)被固定在喷嘴支架(4)上，喷嘴(3)与液滴收集器(5)相对应；喷嘴(3)与液滴收集器(5)之间设有高压电源(12)；激光器(6)设置在喷嘴(3)与液滴收集器(5)之间的一侧，激光器(6)射出的激光经过喷嘴(3)滴落液滴后产生散射，散射激光经过透镜(7)与光电倍增管(8)进行交互；光电倍增管(8)与FPGA(11)连接，FPGA(11)与模数转换器ADC(10)连接，模数转换器ADC(10)与线阵CCD(9)连接；

在喷嘴(3)和液滴收集器(5)之间施加高压电源(12)引入静电势，注射器(2)在驱动电机(1)的推动下以某一流速供液体，喷嘴(3)喷口处的液体在电场力、重力和表面张力联合作用下产生形变并呈现泰勒锥状，当电场力和重力的作用强大到足以克服表面张力时，泰勒锥顶端液体断裂，形成液滴，液滴被液滴收集器(5)收集。

2.根据权利要求1所述的一种单液滴静电喷射系统，其特征在于：

FPGA处理信号包括四部分：S1、对模数转换器ADC转换后的数字信号进行FIR滤波。S2、对FIR滤波后的数据进行快速傅里叶变换(FFT)变换。S3、提取FFT后的峰值所对应的频率值。该频率值反映了液滴散射条纹的特性，进而反映了液滴的尺寸，从而计算出液滴的体积V。S4、记录并计算m个液滴产生流量和时间t并将数据上传给电脑端。

3.利用权利要求1所述系统进行的单液滴静电喷射系统稳定工作的调控方法，其特征在于：

该方法使用光电倍增管作为调节控制装置的启动电路，当第i个滴落的液滴进入激光束照射范围时将发生光散射现象，光电倍增管将收集到的光脉冲信号转换成电脉冲信号作为本系统的启动信号；当启动信号有效时，记录时刻ti；同时FPGA控制线阵CCD采集散射光强度随散射角α的信息；线阵CCD信号经模数转换器ADC转化为数字信号，由FPGA通过快速傅里叶变换IP核将光散射强度随散射角α周期变化的时域信息变换为频率信息，从而计算出单个液滴体积Vi；然后计算出平均流量其定义为第(n-m+1)～第n个这m个液滴产生的平均流量，表示当第n个液滴进入激光束时，包括当前液滴的前m个液滴产生的平均流量值，具体计算公式如公式(1)所示；

FPGA通过收集到的单个液滴体积Vi和单个液滴进入激光束照射范围时刻t的信息计算出并传送给电脑，绘制出流量散点图，找出缓变区间T1并去掉骤变区间T2的数据，计算出缓变区间T1的液滴产生流量的平均值为了使得静电液滴产生装置处于稳定工作状态，将供液流量Qs更改为作为本系统的新的供液流量值。

4.根据权利要求3所述的单液滴静电喷射系统稳定工作的调控方法，其特征在于：

m值可根据实验要求自行更改。m值越大，表示越多的液滴产生平均流量导致流量散点图过于平滑而不能精确体现液滴产生平均流量与系统供液流量Qs的差值；m值越小，表示液滴产生平均流量的散点波动清晰并能很好的区分缓变区间T1和骤变区间T2。