液體表(biao)面(mian)(mian)張力(li)(li)是(shi)液體的(de)(de)重(zhong)要性質，在常溫體系中(zhong)(zhong)，用它可以(yi)確定表(biao)面(mian)(mian)活(huo)性并計(ji)算表(biao)面(mian)(mian)活(huo)性劑(ji)在溶(rong)液表(biao)面(mian)(mian)的(de)(de)吸附量(liang)。測(ce)(ce)定表(biao)面(mian)(mian)張力(li)(li)的(de)(de)方法(fa)很多，按測(ce)(ce)量(liang)原(yuan)理(li)可分為動力(li)(li)學法(fa)和(he)靜(jing)(jing)力(li)(li)學法(fa)，動力(li)(li)學法(fa)是(shi)通(tong)過(guo)(guo)(guo)測(ce)(ce)量(liang)決定某(mou)一過(guo)(guo)(guo)程的(de)(de)數值來計(ji)算表(biao)面(mian)(mian)張力(li)(li)，而靜(jing)(jing)力(li)(li)學法(fa)則是(shi)通(tong)過(guo)(guo)(guo)測(ce)(ce)定某(mou)一狀態下(xia)的(de)(de)某(mou)些特定數值來計(ji)算表(biao)面(mian)(mian)張力(li)(li)。基于液滴(di)在水平玻片上自然形成(cheng)形狀計(ji)算表(biao)面(mian)(mian)張力(li)(li)的(de)(de)靜(jing)(jing)滴(di)法(fa)是(shi)一種靜(jing)(jing)力(li)(li)學方法(fa)，傳統(tong)的(de)(de)靜(jing)(jing)滴(di)法(fa)是(shi)根據(ju)物理(li)學中(zhong)(zhong)的(de)(de)Laplace's equation(拉(la)普拉(la)斯方程)，通(tong)過(guo)(guo)(guo)液滴(di)的(de)(de)輪廓(kuo)和(he)表(biao)面(mian)(mian)張力(li)(li)的(de)(de)關系進行計(ji)算，但計(ji)算繁瑣(suo)，易(yi)出(chu)錯且費時。

奧地利(li)科學家(jia)發(fa)現聲(sheng)源(yuan)(yuan)與觀察者之間(jian)的相對運動(dong)(dong)，會使(shi)得觀察者聽到(dao)的聲(sheng)音振(zhen)動(dong)(dong)頻率不同于聲(sheng)源(yuan)(yuan)。當聲(sheng)源(yuan)(yuan)遠離(li)觀測(ce)者時，聲(sheng)波波長(chang)增加(jia)，音調(diao)變(bian)得低沉，但聲(sheng)源(yuan)(yuan)接近觀測(ce)者時，聲(sheng)波的波長(chang)減小，音調(diao)變(bian)高(gao)，這種現象被稱為多(duo)(duo)(duo)普(pu)勒效應，適應于所有(you)類型的波。本發(fa)明(ming)所采用的多(duo)(duo)(duo)普(pu)勒超(chao)聲(sheng)儀(yi)，是基于超(chao)聲(sheng)多(duo)(duo)(duo)普(pu)勒技術(shu)，利(li)用超(chao)聲(sheng)波穿透能力強(qiang)，衍射程(cheng)度小等(deng)物(wu)理(li)特性，并結合多(duo)(duo)(duo)普(pu)勒效應，將液滴自(zi)由振(zhen)動(dong)(dong)的周期性蘊藏超(chao)聲(sheng)多(duo)(duo)(duo)普(pu)勒頻移信(xin)號中(zhong)。

基于(yu)液(ye)滴機(ji)械振動的液(ye)體表面(mian)張力測試(shi)方法技術方案：

一種(zhong)基于液滴機械(xie)振動的液體表(biao)面張力測試方法，采(cai)用多普勒超聲(sheng)探頭將自由液滴的表(biao)面毛細(xi)波振動轉換為多普勒頻移信號(hao)，經計(ji)算機信號(hao)處理模塊收(shou)集并(bing)進行數據處理，具體包(bao)括以下步驟：

(1)在多普勒超(chao)聲(sheng)儀的超(chao)聲(sheng)探(tan)頭上放置疏水(shui)基(ji)片，通過(guo)微(wei)量(liang)注射器產生液滴于疏水(shui)基(ji)片上；

(2)通過具有自動回彈功能的振(zhen)動觸(chu)發裝置(zhi)使液滴(di)發生振(zhen)動，振(zhen)動觸(chu)發裝置(zhi)回彈后，液滴(di)發生自由(you)振(zhen)動；

(3)超聲(sheng)探頭(tou)將(jiang)液滴的自由振動(dong)轉(zhuan)換為多普勒頻移(yi)信號并加以(yi)放大；

(4)計算機信號處理模塊對多普勒頻移信號采集(ji)得到液滴自由振動特征(zheng)圖(tu)，傅里葉變換后得到振動頻率(lv)特征(zheng)圖(tu)，分析(xi)振動頻率(lv)特征(zheng)圖(tu)并讀取二(er)倍(bei)頻峰頻率(lv)；

(5)重復步驟(1)至(4)，測(ce)定不同(tong)質量(liang)液(ye)滴的二倍(bei)頻(pin)峰(feng)頻(pin)率，之(zhi)后以(yi)液(ye)滴質量(liang)的倒數為橫坐標，以(yi)二倍(bei)頻(pin)峰(feng)頻(pin)率的平(ping)方為縱坐標作圖擬合直線(xian)，求出直線(xian)斜(xie)率，然(ran)后進一步得到液(ye)滴表面張力。

 所述(shu)振動觸發(fa)裝置(zhi)帶有具有自動回彈功能的(de)尖端(duan)，設于疏水基片的(de)上部。

所述振(zhen)動觸發(fa)裝置的尖端為聚四氟(fu)乙(yi)烯材(cai)質。

所述疏水基片與超聲探頭之間(jian)通過凝膠層耦合。

所述微量注(zhu)射器產生液滴的質量為5-20mg。

步驟(4)中計算機信號處理模塊包(bao)括用(yong)于數(shu)據采集(ji)的Audition軟件以(yi)及用(yong)于數(shu)據處理的origin軟件。

步驟(5)計(ji)算(suan)液滴表(biao)面(mian)張力所依(yi)據的公式為：

 其中，fn為(wei)(wei)液滴(di)表面(mian)(mian)波的(de)振動(dong)頻率，從振動(dong)頻率特征圖中獲得，n為(wei)(wei)液滴(di)的(de)振動(dong)模(mo)式，m為(wei)(wei)液滴(di)的(de)質量，γLV為(wei)(wei)液滴(di)表面(mian)(mian)張力。

本文所使用(yong)的(de)方(fang)法是(shi)基(ji)于Lamb公式和Noblin提出的(de)關(guan)(guan)于表(biao)面毛細波的(de)色散性和質量之(zhi)間的(de)關(guan)(guan)系，通(tong)過一(yi)系列計算(suan)得(de)到液(ye)滴(di)表(biao)面張力(li)。當液(ye)滴(di)放置在與它不潤濕的(de)基(ji)片上并(bing)發生自(zi)由振動(dong)時，若其表(biao)面波的(de)波長較小(xiao)，則表(biao)面張力(li)起主導作用(yong)。

多(duo)普(pu)(pu)勒(le)超(chao)聲(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)儀是(shi)由(you)(you)超(chao)聲(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)發射器(qi)發出(chu)連續(xu)超(chao)聲(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)，當遇到自由(you)(you)振(zhen)動的(de)(de)(de)液滴(di)，反射回來(lai)的(de)(de)(de)超(chao)聲(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)已是(shi)改變了頻(pin)率的(de)(de)(de)連續(xu)超(chao)聲(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)，它被反射超(chao)聲(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)接收器(qi)接受并(bing)轉(zhuan)為電信(xin)(xin)號，此(ci)信(xin)(xin)號與儀器(qi)的(de)(de)(de)高(gao)頻(pin)振(zhen)蕩器(qi)產生的(de)(de)(de)信(xin)(xin)號混(hun)頻(pin)以(yi)后，經高(gao)頻(pin)放大器(qi)放大，然后解調出(chu)差(cha)頻(pin)信(xin)(xin)號。多(duo)普(pu)(pu)勒(le)超(chao)聲(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)儀的(de)(de)(de)超(chao)聲(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)探(tan)(tan)頭采(cai)用非(fei)聚焦連續(xu)波多(duo)普(pu)(pu)勒(le)原理(li)，超(chao)聲(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)探(tan)(tan)頭由(you)(you)與疏(shu)水基片耦合的(de)(de)(de)超(chao)聲(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)換能(neng)器(qi)及電路部分組成，它將液滴(di)的(de)(de)(de)特征(zheng)(zheng)自由(you)(you)振(zhen)動通過多(duo)普(pu)(pu)勒(le)頻(pin)移原理(li)轉(zhuan)化(hua)為特征(zheng)(zheng)頻(pin)移信(xin)(xin)號并(bing)加以(yi)放大。

采(cai)用多普勒超聲儀的(de)探頭，提供了穩定(ding)的(de)表面波信號解調系統，減少(shao)(shao)空間尺寸，基于(yu)簡(jian)單計(ji)算公式對振動頻率進行分(fen)析并(bing)計(ji)算表面張力，設(she)備造價低，儀器性價比(bi)高；操作簡(jian)便、省時，能(neng)快(kuai)速取得(de)準(zhun)確(que)可(ke)靠的(de)結果(guo)；測(ce)(ce)量(liang)(liang)范圍(wei)廣；試劑用量(liang)(liang)少(shao)(shao)，原則上只(zhi)需要幾十微升液體即可(ke)；可(ke)以進行連續(xu)的(de)表面張力測(ce)(ce)定(ding)；具有觸發振動作用的(de)聚四(si)氟乙烯尖端對形成的(de)表面施加的(de)影響較小，表面張力的(de)測(ce)(ce)量(liang)(liang)精度(du)主要取決于(yu)頻率的(de)測(ce)(ce)量(liang)(liang)精度(du)。