王興華臺灣大學：機械工程學研究所林仕偉Lin, Shih-WeiShih-WeiLin2007-11-282018-06-282007-11-282018-06-282007http://ntur.lib.ntu.edu.tw//handle/246246/60936本文主要探討設計一組壓電式液滴產生器，建立一套觀測液滴的設備，經由調整不同的參數，由攝影擷取出影像來瞭解液滴的情況。 並建立一套經由影像處理及程式積分計算液滴體積大小的方法，研究 產生液滴過程中液滴體積的變化及找出穩定成型液滴的訊號範圍，以期能為日後液滴相關之研究帶來幫助。This investigation is mainly to design a piezoelectric droplet generator equipment to scope the droplet. This work will analysis the droplet which generated by some different controlled experiment parameters by distilling a photography. And build up a method which can estimate the volume of droplet by image analysis and integrate. This work will study the change of volume of droplet and find out the signal region of stable droplet formation . And we expect that this research about droplets bring us advantage in the future.中文摘要 I Abstract II 第一章 緒論 1 1-1 前言 1 1-2 文獻回顧 2 1-3 研究動機及目的 7 第二章 基礎理論與裝置介紹 8 2-1 液柱拉伸斷裂機制 8 2-2 壓力波傳遞理論 8 2-3 影像處理介紹 11 2-3-1 灰階化 12 2-3-2 二值化 12 2-3-3 找邊 12 2-4 壓電材料介紹 13 第三章 實驗裝置與步驟 15 3-1 液滴產生裝置 15 3-1-1 液滴產生方式 15 3-1-2 液滴產生器 15 3-1-3 電子控制裝置 16 3-2 影像拍攝系統 17 3-2-1 閃頻儀(Digital Stroboscope) 17 3-2-2 C.C.D.及放大鏡頭組 18 3-3 影像處理系統 18 3-4 實驗操作與拍攝 18 3-4-1 液滴的產生與控制 18 3-4-2 液滴成型穩定範圍及成型體積之評估 19 3-5 實驗數據讀取與分析處理 20 3-5-1 讀取實驗數據 20 3-5-2 數據的分析處理 21 3-6 實驗數據之誤差分析 21 第四章 結果分析與討論 23 4-1 體積積分程式之誤差 23 4-2 環境亮度與CCD延伸管不同倍率下的影響 24 4-3 環境亮度對液滴體積積分的影響 24 4-4 液滴時序圖體積分析 25 4-5 液滴產生器之穩定範圍 27 第五章 結論與未來展望 28 5-1 結論 28 5-1-1 積分程式的誤差 28 5-1-2 環境亮度與CCD倍率影響 28 5-1-3 液滴時序圖體積分析 28 5-1-4 液滴產生穩定範圍 28 5-2 未來展望 29 參考文獻 30 圖2-1 液柱拉伸斷裂機制圖 33 圖2-2單脈衝電壓型態 圖2-3 壓電式收縮管型噴頭 33 圖2-4 有限長度腔室內初始壓力波的行進與分離分佈圖 33 圖2-5 壓力波在開口端與閉口端反射之示意圖 34 圖2-6 腔室內初始壓力波的行進與反射連續示意圖 34 圖2-7 壓電效應示意圖 35 圖2-8 壓電陶瓷在居禮溫度以上及以下的晶體結構 35 圖3-1 實驗設備示意圖 36 圖3-2 液滴產生器 (droplet generator) 36 圖3-3 電子控制裝置之脈波型態 37 圖3-4 分析範例液滴 37 圖3-5 二質化後之範例液滴 38 圖3-6 找邊化後之範例液滴 38 圖3-7 像素擷取程式 38 圖3-8 像素擷取程式液滴邊界點輸出 39 圖3-9 積分程式 39 圖4-1 繪圖軟體所繪之正圓 41 圖4-2 程式積分誤差百分比圖 41 圖4-3(a) 鋼球在4倍率下之圖與灰階分佈圖(亮) 42 圖4-3(b) 鋼球在4倍率下之圖與灰階分佈圖(中) 42 圖4-3(c) 鋼球在4倍率下之圖與灰階分佈圖(暗) 42 圖4-4(a) 鋼球在3倍率下之圖與灰階分佈圖(亮) 43 圖4-4(b) 鋼球在3倍率下之圖與灰階分佈圖(中) 43 圖4-4(c) 鋼球在3倍率下之圖與灰階分佈圖(暗) 43 圖4-5(a) 鋼球在2倍率下之圖與灰階分佈圖(亮) 44 圖4-5(b) 鋼球在2倍率下之圖與灰階分佈圖(中) 44 圖4-5(c) 鋼球在2倍率下之圖與灰階分佈圖(暗) 44 圖4-6(a) 同一液滴在不同環境亮度下之圖（頻寬1880μs） 45 圖4-6(b) 同一液滴在不同環境亮度下之圖（頻寬1730μs） 46 圖4-7(a) 亮度影響之誤差百分比圖(1880μs) 47 圖4-7(b) 亮度影響之誤差百分比圖(頻寬1730μs) 48 圖4-8(a) 30伏特小頻寬液滴時序圖(3X) 49 圖4-8(b) 30伏特中頻寬液滴時序圖(2X) 50 圖4-8(c) 30伏特大頻寬液滴時序圖(2X) 51 圖4-9(a) 30伏特小頻寬體積時序誤差圖 52 圖4-9(b) 30伏特中頻寬體積時序誤差圖 53 圖4-9(c) 30伏特大頻寬體積時序誤差圖 54 圖4-10 大中小頻寬所取之位置圖 56 圖4-11 大中小頻寬平均結果分佈圖 56 圖4-12 穩定範圍圖 58 圖4-12 穩定範圍圖(續1) 59 圖4-12 穩定範圍圖(續2) 60 圖4-13 全部穩定範圍圖 61 照片3-1 實驗設備實體全貌 62 照片3-2 液滴產生器 62 照片3-3 噴嘴正視圖 63 照片3-4 電子控制裝置 63 照片3-5 閃頻儀 64 照片3-6 CCD及放大鏡頭組 64 表4-1 積分程式誤差表 65 表4-2 鋼球在3種亮度3種倍率2套軟體下之比較(直徑μm) 66 表4-3 鋼球2套軟體下之比較(3次平均) 67 表4-4(a) 液滴體積亮度影響誤差表一 67 表4-4(b) 液滴體積亮度影響誤差表二 67 表4-5(a) 30伏特小頻寬體積時序變化表 68 表4-5(b) 30伏特中頻寬體積時序變化表 69 表4-5(c) 30伏特大頻寬體積時序變化表 70 表4-6 大中小頻寬體積同位置與時序變化表 71 表4-7 穩定範圍表 72 表4-7 穩定範圍表(續1) 73 表4-8 穩定範圍液滴粒徑大小 73en-US壓電液滴產生器piezoelectricdroplet generatorthesis