一种声振荡扰动的微型可视化反应器制造技术

本实用新型专利技术涉及一种声振荡扰动的微型可视化反应器。它是由冷光源系统、立式或卧式的相差显微镜、微型具有可视化学平面的反应器、声发射和接收与测试系统、高速摄像机、视频采集卡、测量软件及微型计算机组成。微型反应器为一透明的容器，容器的下端连接一个底座，下面安置声振荡扰动发生装置，容器的顶端放置接收与测试装置。本微型可视化反应器是研究两相界面处化学反应规律和传质过程的实验装置，可观测在相界面处及界面相中进行的高速化学反应体系的传质过程和化学反应情况，还可以观测压力的变化对化学反应的影响，同时，对以往不能观测的透明物系也可清晰观测。（*该技术在2015年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术能对高速化学反应体系相界面和界面相处亚微观环境下微米级的流体微团或粒子进行观察和测量；可观测相界面和界面相中压力波动的变化对化学反应体系的影响；对以往视觉所不能分辨或难以观察的透明“分散物系”也能进行观察，属化工领域。
技术介绍
此前，武汉化工学院陈金芳教授设计了一种微型可视化反应器，该微型可视化反应器采用现代高科技光电显微技术和计算机图像显示技术，使用光学显微镜对所要研究的体系进行显微放大，并将放大后的图像用摄像机拍摄后通过视频采集卡和计算机将图像在显示器上显示出来，然后将图像录下，存为视频档，以供观察、测量和讨论。这种微型可视化反应器提供了一个研究亚微观状态下的“流体微团”运动情况，尤其是相界面处和界面相中的“流体微团”运动情况及化学反应规律的方法。但此种微型反应器尚不完善，存在以下几点问题一是视频采集的速率为24帧～150帧/秒，不能观测到高速化学反应体系的相间传质过程；二是采用磁力搅拌器，不能测量亚微观环境中压力的变化对化学反应的影响；三是采用一般生物显微镜的光学系统，对许多有机“分散物系”不能直接观察。
技术实现思路
本技术为了克服上述所存在的不足，提供了一种声振荡扰动的微型可视化反应器，通过它可以详细观测到相界面处和界面相中高速化学反应体系的传质过程，并能够对反应体系施加声振荡场，观测压力波动的变化对反应体系的影响，同时对以往不能观测的透明“分散物系”也可清晰观察。本技术由冷光源系统、立式或卧式的相差显微镜、微型具有可视化光学平面的反应器、声发射和接收与测试系统、高速摄像机、视频采集卡、测量软件及微型计算机构成。高速摄像机的一端通过专用接头与相差显微镜的目镜筒连接，另一端通过数据信号线与视频采集卡连接，视频采集卡插在计算机的主板上，微型反应器放置于载物台上。本技术中的冷光源系统采用半导体激光闪烁光源。半导体激光闪烁光源基于中功率的半导体发光二极管(LED，Light Emitting Diode)技术，目前，中功率的LED技术已实现462～626nm波长的光，一些发光二极管的发光强度可达到25000mcd，总光通量可达3.01m。在本技术中，将10～500个LED发光器件组装成一个半导体光源，分别采用462～626nm波长的LED组装成不同波长的光源，以实现不同实验体系的需要；采用脉冲电路提供电源，以使其成为闪烁的半导体激光冷光源，该冷光源闪烁频率在50～15000次/秒的范围可人工调控；在光源周围装有一个具有抛物面的凹面镜。冷光源系统为亚微观环境的可视化提供了低成本无热辐射的可视的背景光源。本技术采用相差显微镜。相差显微镜可以有效的利用光的干涉现象，将人眼无法分辨的相位差变为可见的振幅差，可以用来观测亚微观环境下的无色透明“分散物系”中的分散相。本装置配有若干个不同倍率的物镜互换使用以满足对不同体系中的分散相体积大小不同的需求，物镜的放大倍数为2.5～100倍，光电放大的总倍率为50～20000倍。本装置中相差显微镜的目镜直接由高速摄像机取代。相差显微镜可以为立式的或卧式的。立式显微镜的物镜与水平面垂直，这样的结构可以俯视体系的运动情况；卧式显微镜物镜与水平面平行，可从侧面观察到两相界面处的情况。本技术中的微型反应器是以透明物质(如玻璃、有机玻璃、石英、聚碳酸酯、聚酯)为材料做成的一个长方体容器，向上一端开口。其垂直于光束的两个器壁面应严格平行并透明无污点，以获得良好的光学可视化效果。容器的两个平行面距离为0.1～25mm。本技术中的微型反应器中含有声波发射和接收与测试系统。声振荡扰动发生装置(声发射系统)可以生成声振荡场，声波在被研究物系中以纵波的形式传播。声振荡场作用于相界面处和界面相中的流体微元上，表现出对相界面处和界面相中的扰动现象。这种声振荡发生器的频率是可以控制的，通过对声速或声频大小的控制，来产生所需强度的声振荡场对微型反应器内的反应体系施加压力。声接收与测试装置可以接收到由声发射装置所发出的声波，并测出声波的速率和频率的大小，其特点是声速或声频在一定范围内独立可控的。本技术采用高速摄像机。高速摄像机的一端通过摄像装置专用接头与显微镜的目镜筒连接，以24～10000帧/秒的速度拍摄到微型反应器内高速化学反应体系相间传质过程，并把拍摄到的图像通过数据信号线传送到计算机上，另一端与视频采集卡连接。根据机型可以其它形式转录到其它信息贮存设备上。在大容量的视频显示卡的作用下，图像在显示器上显示出来并保存。本技术的有益效果是，操作简便，能对高速化学反应体系相界面处和界面相中微米级的“微团”进行观察和测量，可以详细了解高速化学反应体系在相界面处和界面相中进行的传质过程，从理论上解决相间传质问题，为进一步研究化学反应机理提供条件，还可以观测压力的变化对化学反应的影响，同时，对以往不能观测的透明物系也可观察。以下结合附图和实施例对本技术进一步说明。附图说明图1是本技术的装置示意图。图中1.高速摄像机，2.物镜，3.支架，4.粗调焦手轮，5.微调焦手轮，6.载物台的横向移动手轮，7.声振荡扰动接收器，8.带开关亮度调节旋钮，9.载物台纵向移动手轮，10.视场光栏转圈，11.背景冷光源系统，12.相差聚光器，13.聚光镜，14.底座，15.载物台，16.声振荡扰动发生器，17.微型反应器，18.物镜转换器，19.计算机图像处理系统具体实施方式首先是相差显微镜的合轴调整1.换上相差(Ph)字样物镜和相差专用或多用途聚光器，2.柯勒照明并放上绿色滤色镜，3.移去左或右侧目镜，换上合轴望远镜(CT镜)，4.先选择10×物镜，将环状光孔转至10×挡处；调整(旋转)“CT”镜，使环状光于相板处聚焦；调整环状光的(X轴或Y轴)的旋钮，使光环与相板完全吻合；5.分别转入20×、40×物镜和环状光孔，按第4步骤合轴；6.如果用100×物镜时，需在使用时再进一步进行合轴调整；7.移去“CT”镜，重新放回目镜观察，摄影。完成合轴调整后将高速摄像机通过专用接头与相差显微镜的目镜筒连接，将视频采集卡插入计算机的主板，用信号线将摄像机与视频采集卡连接。开启计算机、摄像机的电源，启动视频捕捉软件，观察视频图像。开启带开关亮度调节旋钮8，并转动旋钮8，使亮度调至适中。转动物镜转换器18，将所需物镜2置入光路。将微型反应器17置于载物台15上，并借助于载物台横向移动手轮6和载物台纵向移动手轮9，使所要观察的区域进入聚光镜的照明区域内。转动粗调焦手轮4使载物台15缓缓移动至见物像轮廓，再用微调焦手轮5精细调焦，直到找到所需对象且图像清晰。如需记录图像，使用视频捕捉软件的录像功能即可。启动声振荡扰动发生器16及声振荡扰动接收器7，对微型反应器内的反应体系施加压力。通过调整声振荡扰动发生器16频率的大小来改变压力的大小。声接收与测试装置接收到由声发射装置所发出的声波，并测出声波的速率和频率的大小。高速摄像机以24～10000帧/秒的速度拍摄到微型反应器内高速化学反应体系相间传质过程，并把拍摄到的图像通过数据信号线传送到计算机上，计算机通过视频采集卡将图像在显示器上显示出来并保存。视频捕捉软件可将有价值的图像录下来，粒子速度测量软件可对粒子的几何与运动形态进行测量。利本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种声振荡扰动的微型可视化反应器，由冷光源系统、相差显微镜、微型反应器、声发射和接收与测试系统、高速摄像机、视频采集卡、测量软件及微型计算机组成，其特征是：高速摄像机的一端通过专用接头与相差显微镜的目镜筒连接，另一端通过数据信号线与视频采集卡连接，视频采集卡插在计算机的主板上，微型反应器放置于载物台上。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈金芳，陈启明，宋少男，
申请(专利权)人：武汉化工学院，
类型：实用新型
国别省市：83[中国|武汉]