基于DPIV和LIF聯用實現對微流場的可視化測量

摘 要:微流場的測量是目前微流體技術研究的一個難點。為了對微流場進行可視化測量，基于DPIV和LIF聯用技術設計了一個微流場的測試系統。該系統以共焦成像的方式，同時測量微流場的速度場、溫度場分布，為微流場的流動分析、熱分析提供技術支持。所測得DPIV和LIF的圖像經過處理，并用圖像相關法將所得到結果進行測量。速度場用流動矢量圖表示，溫度場用偽彩色圖表示，實現了對微流場的可視化測量。DPIV和LIF聯用法具有可操作性好、測量精度、光路調節簡單，測量時間短、效率高等優點。

關鍵詞: 數字離子干涉測速; 激光誘導熒光; 微流場; 可視化測量

中圖分類號:TP216 文獻標識碼:A

文章編號:1004-373X(2010)14-0183-03

Visual Measurement Technique for Micro-flow Field

Based on the Combination of DPIV and LIF

WANG Shu-xia， DANG Mei

(Department of Automation Engineering， Xi’an Aeronautical Polytechnic Institute， Xi’an 710089， China)

Abstract: The measurement of microflow field is a key point in microfluid research. A visualizing measurement system is proposed to observe the micro flow field with combining digital particle interference velocity meter and laser induce fluorescence methods. This system utilizes co-focus optical scheme and measures the velocity and temperature simultaneously to provide great convenient for the investigation of micro-flow field. The acquired images of DPIV and LIF are processed with digital image process techniques， and the results are computed by correlation method. The velocity field is indicated by vector image and the temperature field pseudocolor map. This combined measurement system has several advantages compared to its counterpart such as good operation， high precision， simply adjusting and high efficiency.

Keywords: digital particle interference velocity meter; laser induce fluorescence; micro flow field; visualizing measurement

0 引 言

微流動現象研究的是流體在微米、納米尺度下的流動行為，分析各種因素對微流動行為的影響和作用。在微米級通道(如毛細管和微加工制造出來的各種管道等)內液體流動基本上屬于緩慢而穩定的層流狀態。由于流體自身的粘性和通道壁的摩擦會在流體內產生加熱現象。特別在采用電動效應(electrokinetic effect)驅動的流動時會產生大量的焦耳熱，這些熱在流體內擴散并形成溫度梯度，使流體的流動行為發生很大的變化[1-2]。為了充分研究微流動現象，就必須詳細測量和分析流動過程中的自加熱現象，并研究它對微流動現象的影響。為此，在流動展開而達到穩態的過程中同時測量速度和溫度數值，并分析它們之間的相互作用關系。

除了可以使用微加工技術在微流體芯片上布置溫度測量傳感器裝置，測量局部溫度分布并進行整體溫度場擬和外，更重要的是要同時獲取流體場的流動速度分布。……