程控微量供液系统的设计与控制析

　　1992年,McMillan博士等人提出了光纤液滴分析的实验方法,其基本原理是通过插入液滴的入射光纤和接收光纤分别发射光信号和接收光信号,通过液滴在生长过程中接收光信号的变化反映出液滴的本质特性,该特性具有惟一性和确定性,可以作为分析液滴的依据,称为“液滴指纹图”(FDT, fiber drop trace)。理论上,为了获得液滴指纹图,应该在液滴生长至某一体积并达到平衡后,测量得到光信号,再让液滴继续生长至另一平衡状态后测量该时间点上的光信号。在实际实验状态下,液滴总是处于不断生长的过程。为了使液滴在某些特定的时刻尽量接近于“理想平衡状态”,需要液滴供液系统提供微量、稳定且便于随时控制的液滴,使液滴可以达到满足实验要求的“准平衡状态”。本文对该供液系统的设计方案进行了说明。

　　1　供液装置的机械结构设计

　　图1是供液装置机械结构示意图。该装置完全由步进电机驱动,其创新之处在于用单电机完成切换阀和传动两项功能。如图(a)所示,大齿轮18上有两个相隔90°、分别装在两侧的销子,即拉杆销15和拨销19。大齿轮空套在传动轴16上,通过拨盘3和拨销19拨动传动轴16。拨盘3经过特殊设计做成类似凸轮的形状,只在相隔约180°的两个径向台阶处与拨销19结合。在切换阀阶段,如图(b)所示,电机逆时针转动,由于大齿轮18直接与步进电机通过电机齿轮2啮合,因此大齿轮顺时针转动。同时,大齿轮右边的拉杆销15落入阀连杆14上的切槽中从而带动阀连杆14转动;阀连杆通过阀芯拨盘13、阀芯拨轴12组成的传动机构带动阀芯11转动。阀体10与缸筒7相通。阀体上部留有两个小孔,当阀芯11转动到某一特定位置时,抽液孔通过管道与外界的待测液体相通,从而实现切换阀功能。在这一过程中,大齿轮上的拨销19随大齿轮转动而与拨盘3没有相互作用关系。当大齿轮转过180后,切换阀阶段结束,这时拨销19与右边的径向台阶接触,当大齿轮18继续转动时,拨盘3将在拨销19的带动下随大齿轮一起转动,同时,拉杆销15脱离阀连杆14的槽,阀芯11停止转动,齿轮齿条4实现活塞8下行,将外界液体抽入缸筒7中。大齿轮转过360°后,活塞到达下止点,抽液完毕,拉杆销15再次进入阀连杆的槽中,使大齿轮、阀连杆和阀芯拨盘再次构成4杆机构;同时,光电开关发出信号(见图2),电机反转。反转过程中,大齿轮的第1个180°实现切换阀功能,拉杆销15推动阀连杆实现阀芯反转回位,即由抽液孔换成供液孔;接下来的360°,拉杆销出槽,拨销19推动拨盘3反转,齿轮齿条推动活塞上行进行供液。当活塞运行到上止点时,就完成了一个周期的抽、供液。电机又开始反转,重复上述过程,进行下一周期的抽液和供液。