Esta pesquisa foi possível através do financiamento do US Office of Naval Research, Grant No. N000141210337, Deborah Nalchajian e Ronald Joslin.

1. Preparação de Experimentos <ol><li> Escolha um microfone adequada para construir o PGR. Usar uma gama de microfone a frequência dentro da gama de frequências de interesse. NOTA: Neste experimento, as flutuações de pressão entre 100 e 10.000 Hz são de interesse. A gama de frequência seleccionada o microfone de medição é de 100 a 10000 Hz. O tamanho do microfone deve ser tão pequeno quanto possível, embora não existem critérios específicos para o tamanho. </li><li> Estimar a sensibilidade e frequência de resposta do sistema PGR utilizando o método analítico descrito no apêndice. Ajustar a sensibilidade e a frequência de resposta da PGR variando as dimensões dos tubos e estruturas. </li><li> Usar uma Dremel para cortar o tubo de aço inoxidável interior de diâmetro 0,5 milímetros para uma peça de 5,25 cm de comprimento. </li><li> Com uma tesoura, corte a 1,25 mm interior diâmetro do tubo macio em um 4,75 m de comprimento peça. </li><li> Use uma máquina de moagem para cortar um pedaço de Plexiglas em umcubóide. O comprimento, largura e altura do cuboide deve ser 2,54 cm, 1,27 cm e 1,27 cm, respectivamente. </li><li> Faça furos com 0,81, 2, 2,56 e 0,76 mm de diâmetro sobre o berço de acrílico, como mostrado na Figura 2. </li><li> Usar uma broca de agulhas para fazer a secção inclinada do suporte de plexiglas, como mostrado na Figura 2. </li><li> Olhe-se a sensibilidade do microfone no manual fornecido pelo fabricante, ou calibrar o microfone usando o método introduzido por Wong 18. </li><li> Assentar o microfone no suporte de plexiglas, como mostrado na Figura 2, e fixar o microfone utilizando epoxi. </li><li> Ligue o tubo de aço inoxidável e tubo macio para o berço de acrílico e corrigi-los com epóxi. </li><li> Perfurar um furo com um diâmetro de 0,81 milímetros perpendicularmente à superfície do modelo na posição de medição. </li></ol> Setup 2. Experiment <ol><li> Lave montar os tubos de aço inoxidável primárias doRMP sensores para a superfície do modelo e adicionar epóxi para fixar os tubos de aço inoxidável com a superfície modelo oposto, como mostrado na Figura 2. </li><li> Rodeiam o PGR com espuma acústica, a fim de evitar ruídos parasitas a partir de contaminando o sistema. </li><li> Route toda a fiação elétrica fora da seção de teste do túnel. </li><li> Passe o tubo anecóica macia para fora da seção de teste do túnel. </li><li> Ligar a extremidade do tubo anecóica suave a um transdutor de pressão, a fim de se obter as medições da pressão estática significativo simultaneamente com a pressão instável. </li><li> Ligue o PGR a um sistema de aquisição de amplificador de baixo ruído e dados. </li><li> Definir o factor de ganho do amplificador a 10. Note-se que o valor do factor de ganho pode ser alterado a partir de um caso para outro. </li></ol> 3. Calibração <ol><li> Escolha um microfone de referência que é de alta qualidade e tem uma sensibilidade independente de frequência. </li><li> Ligue o micro de referênciatelefone para a entrada de um amplificador e ligar a saída do amplificador para o sistema de aquisição de dados. </li><li> Definir tanto o ganho de entrada e ganho do amplificador de 10 dB. Note-se que o factor de ganho pode ser variada, sob diferentes condições de medição. </li><li> Inserir o microfone de referência em um pistonfone, como mostrado na figura complementar. </li><li> Ligue o pistonfone. </li><li> Defina a frequência de aquisição de 4.000 Hz. </li><li> Defina o número de amostras a 240.000. </li><li> Adquirir e conservar a tensão de saída do microfone de referência. </li><li> Calcule a constante de calibração do microfone de referência. A constante de calibração, Ref C, é a razão entre o desvio padrão da pressão acústica produzida pistonfone-se ao desvio padrão da tensão de saída do microfone de referência. </li><li> Repita o processo de calibração (passos 3.8 e 3.9) várias vezes. Use o valor médio, C referência, como a constante de calibração. </li> &lt;li&gt; Coloque o microfone de referência perpendicularmente à superfície sólida sobre a qual a flutuação da pressão é medida, como mostrado na Figura 1. </li><li> Alinhar o centro do microfone de referência, com a torneira de PGR. Utilização de uma distância entre o microfone de referência e a torneira PGR de 1 mm. </li><li> Coloque o altifalante em estreita proximidade com o modelo de teste. Utilização de uma distância entre o altifalante e o microfone de 2,5 m para essas medições. </li><li> Conecte o alto-falante a um gerador de função e ligar o gerador de função. </li><li> Use a opção &quot;ruído branco&quot; do gerador de função para fornecer o sinal acústico desejado e definir a voltagem da raiz quadrada, V rms, para 0,4 V. </li><li> Ajustar o volume do altifalante ao mínimo. </li><li> Ligue o alto-falante. </li><li> Ajustar o volume do amplificador de altifalante tão alta quanto possível, sem danificar o altifalante. Note-se que a maioria dos alto-falantes têm uma luz indicadora para avisar the usuário se a amplitude de saída está acima da gama de colunas. </li><li> Adquirir e guardar dados de séries temporais a partir das saídas de tensão de ambos o microfone de referência eo PGR utilizando uma freqüência de varredura de 40.000 Hz para 60 seg. </li><li> Calcular os valores de séries temporais da flutuação de pressão sonora, que é gerada pelo gerador de alto-falante e função e medidos pelo microfone de referência. Isto é simplesmente o produto da tensão de saída-série de tempo a partir do microfone de referência, <img alt="equação 3" src="/files/ftp_upload/53627/53627eq3.jpg" /> E sua calibração constante, <img alt="equação 4" src="/files/ftp_upload/53627/53627eq4.jpg" /> ; <img alt="equação 5" src="/files/ftp_upload/53627/53627eq5.jpg" /> . Note-se que a pressão sonora de séries temporais, <img alt="equação 6" src="/files/ftp_upload/53627/53627eq6.jpg" /> , É também a flutuação da pressão na torneira da PGR. </li><li> Calcule a série temporal flutuação de pressão sonora medido pelo microfone na PGR um<html> é o produto da tensão de saída-série temporal da PGR, <img alt="equação 7" src="/files/ftp_upload/53627/53627eq7.jpg" /> E a sensibilidade do microfone, <img alt="equação 8" src="/files/ftp_upload/53627/53627eq8.jpg" /> ; <img alt="equação 9" src="/files/ftp_upload/53627/53627eq9.jpg" /> . Note-se que a sensibilidade do microfone, <img alt="equação 8" src="/files/ftp_upload/53627/53627eq8.jpg" /> , Devem ser fornecidos pelo fabricante. </li><li> Calcular a densidade de auto-espectral, <img alt="equação 10" src="/files/ftp_upload/53627/53627eq10.jpg" /> , do <img alt="equação 11" src="/files/ftp_upload/53627/53627eq11.jpg" /> . Calcular a densidade de auto-espectral, <img alt="equação 12" src="/files/ftp_upload/53627/53627eq12.jpg" /> , do <img alt="equação 13" src="/files/ftp_upload/53627/53627eq13.jpg" /> . Calcular a densidade espectral cruzada, <img alt="equação 14" src="/files/ftp_upload/53627/53627eq14.jpg" /> , entre.jpg &quot;/&gt; e <img alt="equação 11" src="/files/ftp_upload/53627/53627eq11.jpg" /> . As densidades de auto-espectral e densidade espectral cruzada são definidos por Bendat e Piersol 19. </li><li> Calcule a função de transferência como <img alt="equação 15" src="/files/ftp_upload/53627/53627eq15.jpg" /> . </li><li> Calcule a função de coerência como <img alt="equação 16" src="/files/ftp_upload/53627/53627eq16.jpg" /> , Em que o asterisco representa o conjugado complexo. </li><li> Remover o microfone de referência. </li><li> Desligue o gerador de alto-falante e função. </li><li> Remover o altifalante. </li></ol> 4. Aquisição de Dados <ol><li> Ligue o túnel de vento. </li><li> Grave a saída de tensão de séries temporais, <img alt="equação 17" src="/files/ftp_upload/53627/53627eq17.jpg" /> , Da PGR com o sistema de aquisição de dados. Use uma freqüência de varredura de 40.000 Hz. Usar uma duração de aquisição de 64 seg. </li><li> Desligue o túnel de vento. </li></ol><ol><li> Calcular a variação de pressão sonora, <img alt="equação 18" src="/files/ftp_upload/53627/53627eq18.jpg" /> , Medido pelo microfone no PGR como <img alt="equação 19" src="/files/ftp_upload/53627/53627eq19.jpg" /> . </li><li> Calcular a densidade de auto-espectral, <img alt="equação 20" src="/files/ftp_upload/53627/53627eq20.jpg" /> , A flutuação da pressão de superfície tão <img alt="equação 21" src="/files/ftp_upload/53627/53627eq21.jpg" /> , Onde <img alt="equação 22" src="/files/ftp_upload/53627/53627eq22.jpg" /> é a densidade de auto-espectral da variação de pressão sonora medido pelo microfone no PGR <img alt="equação 18" src="/files/ftp_upload/53627/53627eq18.jpg" /> . </li></ol>

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The authors have nothing to disclose.

The measurement of USP in wind tunnel experiments is needed for many applications related to aeroacoustics and flow-induced vibrations. Compared to existing methods, such as flush-mounted imbedded sensors, PSP, or vibrated membranes, the method described here allows for accurate measurements with a high sensitivity to large-magnitude fluctuation over a wide range of frequencies. More importantly, it also provides a method for USP measurements using a small sensing area that minimizes the spatial averaging effects describ...

O fluxo de fluido sobre as superfícies em geral conduz a instabilidade e turbulência que resultará em pressão superfície instável (USP). som induzida por fluxo e vibração são muitas vezes um resultado direto deste desequilíbrio. O som irradiado gerado por ventiladores, hélices e turbinas eólicas são dominados por fontes relacionadas com a USP 1. As medições das características espaciais e temporais da USP em escoamentos turbulentos são geralmente necessários, a fim de prever o som irradiado. A caracterização estatística da USP é administrado geralmente sob a forma de densidade auto-espectral, de dois pontos densidades multi-espectrais, e funções de correlação espacial 2, 3. A frequência de resposta necessária pode variar dependendo da aplicação. Em muitas aplicações em túnel de vento, uma resposta de 10 kHz a 20 kHz é suficiente. As pequenas escalas de movimento turbulento muitas vezes exigem áreas de detecção e sensor de espaçamento deve ser inferior a 1 mm. exteEstudos experimentais nsive foram realizados de forma a obter variações de pressão induzida pela turbulência. Um método direto usa sensores embutidos de embutir. Este método emprega frequentemente grandes conjuntos de microfones, porque cada sensor só pode medir a flutuação da pressão em um ponto discreto. Sensores típicos utilizados neste método são transdutores piezoeléctricos, sugeridos pela Gautschi 4. Redes de sensores piezoelétricos podem ser caros, e da gama de medição de frequência é muitas vezes inferior a 10 kHz. Microfones montadas à superfície diretos são frequentemente utilizados como sensores de baixo custo da USP 5. Microfones têm alta sensibilidade, que é um benefício substancial para os fluxos de baixa velocidade. No entanto, isto também leva ao risco de saturação do sensor quando grandes flutuações de amplitude de pressão estão presentes. Este método não é adequado para superfícies com grandes curvaturas, descontinuidades ou geometrias que são muito finas para conter todo o sensor. 6. Os movimentos de vibração e tempo-dependente do espaço são medidos e em seguida convertido para a superfície, utilizando as propriedades estatísticas de pressão mecânicos conhecidos da membrana. Este método requer um projeto cuidadoso, implementação e calibração precisa da resposta dinâmica da membrana. Além disso, o equipamento de medição de vibração, tal como vibrómetros Doppler a laser, são caros. Por último, este método só pode ser aplicado a superfícies planas. Sensível à pressão tinta (PSP) é uma outra técnica que pode ser utilizada para medir a pressão de superfície instável. Esta técnica exige que as superfícies a serem revestidas num ligante de polímero transparente, o que faz com que as moléculas de dentro para ser animado para um estado de energia mais elevado à medida que são iluminadas por luz de um comprimento de onda específico. Como as moléculas sofrem têmpera de oxigénio, a energia é rearrendado como a luz, a uma taxa proporcional à pressão parcial de oxigénio, resultando em luminescência que é inversamente proporcional à pressão de superfície 7. A principal desvantagem com os métodos de PSP é relativamente baixa sensibilidade da medição em comparação aos microfones. Isto limita a aplicação de PSP para relativamente fluxos de alta velocidade. A presente comunicação descreve um método para USP que usa uma sonda microfone remoto (PGR). Este método foi descrito pela primeira vez por Englund e Richards 8. O conceito utiliza um microfone miniatura padrão que está ligada à torneira de pressão de superfície com um tubo oco. A pressão instável na superfície do modelo irá deslocar-se para a tubagem sob a forma de ondas de som. A tubagem actua como uma &quot;guia de ondas&quot; para permitir que o microfone, que está montada perpendicularmente ao tubo, para medir as ondas sonoras. As ondas em seguida, continuar em um outro tubo que é longo o suficiente para eliminar r acústica de grande amplitudeeflections. Englund e Richards aplicada uma abordagem analítica delineada por Bergh e Tijdeman 9 para determinar a resposta dinâmica do PGR. Perrenes e Roger 10 utilizado um PGR para medir a pressão de superfície sobre um aerofólio de duas dimensões com dispositivos high-lift. Eles desenvolveram uma sonda com um tubo capilar de diâmetro médio de 0,5 mm na superfície que foi ligado a um tubo rígido de 27 cm de comprimento que expandido desde 0,7 mm a 2,5 mm por meio de duas alterações passo separado. Cada alteração causou um passo relativamente grande alteração na impedância acústica do tubo. Leclercq e Bohineust 11 estudou o campo de pressão parede abaixo de uma camada limite turbulenta. Eles usaram um RMP-diâmetro constante, como sugerido por Franzoni e Elliott 12. No entanto, a resposta dinâmica era alta o suficiente apenas numa gama de frequência limitada. Arguillat et al. 13 desenhado um PGR para estudar o barulho transmitido para o interior de um compartimento do veículo. eles testaramvários tubos para conduzir a flutuação da pressão para os microfones. Yang et ai. 14 corrigido para a distorção tubagem usando uma abordagem de função de transferência de tubagem, que é semelhante ao método apresentado no presente relatório. Hoarau et al. 15 estudaram o traçado da pressão parede a jusante de uma região separada. Os RMP que eles tinham diâmetros internos concebidos constantes, e o tubo foi completamente não-rígida. De acordo com estudos anteriores, a precisão das medições de pressão de superfície obtidos usando RMP é principalmente dependente da determinação da função de transferência de frequência dependente da sonda que se relaciona com a pressão de superfície à pressão microfone. As seções a seguir irá descrever uma geometria RMP que é simples e eficaz. Métodos experimentais e analíticas serão introduzidos e validadas de modo a determinar com precisão a resposta dinâmica do PGR. O modelo analítico permite um PGR para ser optimized na fase de concepção para uma potencialmente ampla gama de aplicações. RMP pode ser usado para medir as flutuações de pressão ao longo de um ampla gama de frequências. A relativamente alta resolução espacial pode oferecer informações detalhadas sobre as características do campo de pressão instável espacialmente distribuídos 16. Como a sonda é pequeno, RMP pode ser utilizado para medir as flutuações de pressão mais de geometrias complexas, como grandes curvaturas ou espaçamento limitada 17. Além disso, o tubo de ligação à torneira de superfície e o sensor de microfone pode reduzir a magnitude da flutuação da pressão induzida no microfone. Assim, concepção adequada da geometria do sensor PGR e parâmetros proporciona um método para a obtenção de características USP, que são significativamente menos restritivos quando comparados com montagem embutida o microfone directamente para a superfície do modelo. Estrutura da estrutura geral da PGR RMPThe é mostrado na Figura 1 </strong&gt;. O PGR é constituído por um tubo que conduz a partir da superfície do modelo de uma secção de expansão e um segundo tubo que se estende a partir da secção de expansão a um &quot;berço&quot;. Um terceiro tubo é então ligado a agir como uma terminação anecóica. O berço é um componente de plástico usinado utilizado para alojar o microfone e as conexões de tubos. Os detalhes da estrutura PGR pode ser ajustado para várias condições experimentais. O objectivo do segundo tubo, de diâmetro maior é para permitir que o microfone relativamente volumosos e berço para ser colocado mais longe do ponto de medição da USP, sem reduzir significativamente a sensibilidade da medição. Este segundo tubo pode ser eliminado, se não é necessário, e a secção de expansão pode ser incorporado no suporte. A terminação anecóica foi feita de plástico macio, que foi de aproximadamente 2 a 3 m de comprimento. Para esta demonstração, a concepção da PGR foi optimizado para a medição das flutuações de pressão da superfície sob um turbulent camada limite sem um gradiente de pressão streamwise, como mostrado na Figura 2. O segundo tubo foi eliminado. Foram observados os efeitos dos dois comprimentos diferentes do primeiro tubo. O primeiro tubo foi construído a partir de aço inoxidável com um diâmetro interno de 0,5 mm e um diâmetro exterior de 0,81 mm. Os comprimentos do primeiro tubo foram 5,35 e 10,40 cm, respectivamente. O diâmetro interior da entrada da secção de expansão, o qual foi incorporado no berço, foi de 0,5 mm e o diâmetro interno da saída foi de 1,25 mm, o que era idêntico ao diâmetro interno da terminação de dissipação. O ângulo da secção de expansão foi de 7 °. Houve um furo no suporte, com um diâmetro de 1,25 milímetros, a fim de ligar suavemente a secção de expansão com a terminação anecóica. A área de sensibilidade foi ligado ao orifício de 1,25 milímetros através de um furo perpendicular 0,75 milímetros.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="1651">
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:263px;">Microphone</td>
			<td style="width:513px;">ACO Pacific (http://www.acopacific.com/)</td>
			<td style="width:137px;">7016</td>
			<td style="width:739px;">Used to measure the sound pressure and calibrate the RMP as a reference.</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:263px;">Microphone</td>
			<td style="width:513px;">Knowles (http://www.knowles.com/eng)</td>
			<td style="width:137px;">FG-23629-C36</td>
			<td>Used to measure the pressure fluctuation as a part of the RMP.</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:263px;">Microbore Tubing</td>
			<td style="width:513px;">Saint-gobain (http://www.biopharm.saint-gobain.com/en/index.asp)</td>
			<td style="width:137px;">Tygon ND 100-80</td>
			<td>Used to dissipate the sound waves as a dissipation termination.</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:263px;">Hypodermic Tubing</td>
			<td style="width:513px;">MicroGroup (http://www.microgroup.com/)</td>
			<td style="width:137px;">304H21RW</td>
			<td>Used to connect the surface tap and allow the surface pressure fluctuation to convect to the microphone in the RMP in the form of sound.</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:263px;">Hypodermic Tubing</td>
			<td style="width:513px;">MicroGroup (http://www.microgroup.com/)</td>
			<td style="width:137px;">304H14H</td>
			<td>Used to reduce the dissipative effect and allow the surface pressure fluctuation to convect to the microphone in the RMP in the form of sound.</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:263px;">plexiglass</td>
			<td style="width:513px;">Plaskolite (http://www.plaskolite.com/)</td>
			<td style="width:137px;">1X76204A</td>
			<td>Used to make cradles which can connect the tubing and the microphone for the RMP.</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:263px;">Data acquisition chassis</td>
			<td style="width:513px;">National Instruments (http://www.ni.com/)</td>
			<td style="width:137px;">PXI-1006</td>
			<td>For data acquisition.</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:263px;">Data acquisition channel</td>
			<td style="width:513px;">National Instruments (http://www.ni.com/)</td>
			<td style="width:137px;">PXI-4472</td>
			<td>For data acquisiton.</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:263px;">Function generator</td>
			<td style="width:513px;">thinkSRS (http://www.thinksrs.com/)</td>
			<td style="width:137px;">DS360</td>
			<td>To generate white noise signal.</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:263px;">Pistonphone</td>
			<td style="width:513px;">B&#38;K (http://www.bksv.com/)</td>
			<td style="width:137px;">4228</td>
			<td>To generate sine waves with constant frequency which will be used to calibrate the reference microphone.</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:263px;">Loudspeaker</td>
			<td style="width:513px;">Mackie (http://www.mackie.com/index.html)</td>
			<td style="width:137px;">HD1531</td>
			<td>Used to convert the electrical white noise signal into sound. It is the sound source for calibrating the RMP.</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:263px;">MatLab</td>
			<td style="width:513px;">Mathworks (http://www.mathworks.com/)</td>
			<td style="width:137px;"></td>
			<td>Used to process experimental data.</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:263px;">LabVIEW</td>
			<td style="width:513px;">National Instruments (http://www.ni.com/)</td>
			<td style="width:137px;"></td>
			<td>Used control the hardware for data acquisition and record the data.</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

the measurement of unsteady surface pressure using a remote microphone probe

Microphones are widely applied to measure pressure fluctuations at the walls of solid bodies immersed in turbulent flows. Turbulent motions with various characteristic length scales can result in pressure fluctuations over a wide frequency range. This property of turbulence requires sensing devices to have sufficient sensitivity over a wide range of frequencies. Furthermore, the small characteristic length scales of turbulent structures require small sensing areas and the ability to place the sensors in very close proximity to each other. The complex geometries of the solid bodies, often including large surface curvatures or discontinuities, require the probe to have the ability to be set up in very limited spaces. The development of a remote microphone probe, which is inexpensive, consistent, and repeatable, is described in the present communication. It allows for the measurement of pressure fluctuations with high spatial resolution and dynamic response over a wide range of frequencies. The probe is small enough to be placed within the interior of typical wind tunnel models. The remote microphone probe includes a small, rigid, and hollow tube that penetrates the model surface to form the sensing area. This tube is connected to a standard microphone, at some distance away from the surface, using a "T" junction. An experimental method is introduced to determine the dynamic response of the remote microphone probe. In addition, an analytical method for determining the dynamic response is described. The analytical method can be applied in the design stage to determine the dimensions and properties of the RMP components.

Os resultados da calibração de dois modelos representativos RMP são mostrados nesta seção. O primeiro é usado um 5.35 cm tubo primário, eo segundo é usado um 10,4 cm tubo primário. As terminações dissipativas são 4,75 m de comprimento para ambos os RMP. A coerência entre as flutuações de pressão medidos pelo microfone no PGR e pelo microfone de referência é mostrado na Figura 3. Os dados most...

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The Measurement of Unsteady Surface Pressure Using a Remote Microphone Probe

Here, we present a protocol to measure, with high spatial resolution, the unsteady surface pressure in turbulent flows. This method demonstrates the construction of a remote microphone probe (RMP) and the determination of its frequency-dependent, complex transfer function. An analytical determination of the dynamic response is presented and validated.

A medição da pressão de superfície instável Usando um microfone sonda remota

Microphones are widely applied to measure pressure fluctuations at the walls of solid bodies immersed in turbulent flows. Turbulent motions with various ...

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6.8K visualizações.  University of Notre Dame. Here, we present a protocol to measure, with high spatial resolution, the unsteady surface pressure in turbulent flows. This method demonstrates the construction of a remote microphone probe (RMP) and the determination of its frequency-dependent, complex transfer function. An analytical determination of the dynamic response is presented and validated.

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Synthesis and Microdiffraction at Extreme Pressures and Temperatures

High pressure compounds and polymorphs are investigated for a broad range of purposes such as determine structures and processes of deep planetary interiors, design materials with novel properties, understand the mechanical behavior of materials exposed to very high stresses as in explosions or impacts. Synthesis and structural analysis of materials at extreme conditions of pressure and temperature entails remarkable technical challenges. In the laser heated diamond anvil cell (LH-DAC), very high pressure is generated between the tips of two opposing diamond anvils forced against each other; focused infrared laser beams, shined through the diamonds, allow to reach very high temperatures on samples absorbing the laser radiation. When the LH-DAC is installed in a synchrotron beamline that provides extremely brilliant x-ray radiation, the structure of materials under extreme conditions can be probed in situ. LH-DAC samples, although very small, can show highly variable grain size, phase and chemical composition. In order to obtain the high resolution structural analysis and the most comprehensive characterization of a sample, we collect diffraction data in 2D grids and combine powder, single crystal and multigrain diffraction techniques. Representative results obtained in the synthesis of a new iron oxide, Fe4O5 1 will be shown.

The laser heated diamond anvil cell combined with synchrotron micro-diffraction techniques allows researchers to explore the nature and properties of new phases of matter at extreme pressure and temperature (PT) conditions. Heterogeneous samples can be characterized in situ under high pressure by 2D mapping and combined powder, single-crystal and multigrain diffraction approaches.

Síntese e microdiffraction a pressões e temperaturas extremas

High pressure compounds and polymorphs are investigated for a broad range of purposes such as determine structures and processes of deep planetary ...

Engenharia

Blast Quantification Using Hopkinson Pressure Bars

Near-field blast load measurement presents an issue to many sensor types as they must endure very aggressive environments and be able to measure pressures up to many hundreds of megapascals. In this respect the simplicity of the Hopkinson pressure bar has a major advantage in that while the measurement end of the Hopkinson bar can endure and be exposed to harsh conditions, the strain gauge mounted to the bar can be affixed some distance away. This allows protective housings to be utilized which protect the strain gauge but do not interfere with the measurement acquisition. The use of an array of pressure bars allows the pressure-time histories at discrete known points to be measured. This article also describes the interpolation routine used to derive pressure-time histories at un-instrumented locations on the plane of interest. Currently the technique has been used to measure loading from high explosives in free air and buried shallowly in various soils.

This protocol details the use of Hopkinson pressure bars to measure reflected blast loading from near-field explosive events. It is capable of interpolating a pressure-time history at any point on a reflective boundary and as such can be used to fully characterize the spatial and temporal variations in loading produced.

Explosão Quantificação Usando barras de pressão Hopkinson

Near-field blast load measurement presents an issue to many sensor types as they must endure very aggressive environments and be able to measure pressures ...

Optical Trap Loading of Dielectric Microparticles In Air

We demonstrate a method to trap a selected dielectric microparticle in air using radiation pressure from a single-beam gradient optical trap. Randomly scattered dielectric microparticles adhered to a glass substrate are momentarily detached using ultrasonic vibrations generated by a piezoelectric transducer (PZT). Then, the optical beam focused on a selected particle lifts it up to the optical trap while the vibrationally excited microparticles fall back to the substrate. A particle may be trapped at the nominal focus of the trapping beam or at a position above the focus (referred to here as the levitation position) where gravity provides the restoring force. After the measurement, the trapped particle can be placed at a desired position on the substrate in a controlled manner. 
In this protocol, an experimental procedure for selective optical trap loading in air is outlined. First, the experimental setup is briefly introduced. Second, the design and fabrication of a PZT holder and a sample enclosure are illustrated in detail. The optical trap loading of a selected microparticle is then demonstrated with step-by-step instructions including sample preparation, launching into the trap, and use of electrostatic force to excite particle motion in the trap and measure charge. Finally, we present recorded particle trajectories of Brownian and ballistic motions of a trapped microparticle in air. These trajectories can be used to measure stiffness or to verify optical alignment through time domain and frequency domain analysis. Selective trap loading enables optical tweezers to track a particle and its changes over repeated trap loadings in a reversible manner, thereby enabling studies of particle-surface interaction.

A protocol for launching and stably trapping selected dielectric microparticles in air is presented.

Armadilha óptica carregamento de dielétrico micropartículas no ar

We demonstrate a method to trap a selected dielectric microparticle in air using radiation pressure from a single-beam gradient optical trap. Randomly ...

Standardized Method for Measuring Collection Efficiency from Wipe-sampling of Trace Explosives

One of the limiting steps to detecting traces of explosives at screening venues is effective collection of the sample. Wipe-sampling is the most common procedure for collecting traces of explosives, and standardized measurements of collection efficiency are needed to evaluate and optimize sampling protocols. The approach described here is designed to provide this measurement infrastructure, and controls most of the factors known to be relevant to wipe-sampling. Three critical factors (the applied force, travel distance, and travel speed) are controlled using an automated device. Test surfaces are chosen based on similarity to the screening environment, and the wipes can be made from any material considered for use in wipe-sampling. Particle samples of the explosive 1,3,5-trinitroperhydro-1,3,5-triazine (RDX) are applied in a fixed location on the surface using a dry-transfer technique. The particle samples, recently developed to simulate residues made after handling explosives, are produced by inkjet printing of RDX solutions onto polytetrafluoroethylene (PTFE) substrates. Collection efficiency is measured by extracting collected explosive from the wipe, and then related to critical sampling factors and the selection of wipe material and test surface. These measurements are meant to guide the development of sampling protocols at screening venues, where speed and throughput are primary considerations.

Optimized sampling protocols and the development of new wipe materials can be facilitated by standardized measurements of collection efficiency from wipe-sampling. Our approach for sampling trace explosives uses an automated device to control speed, force, and distance during wipe-sampling followed by extraction of collected explosives.

Método Padrão para medir a eficiência Coleção de Wipe-amostragem de Explosivos Traço

One of the limiting steps to detecting traces of explosives at screening venues is effective collection of the sample. Wipe-sampling is the most common ...

Generation of Size-controlled Poly (ethylene Glycol) Diacrylate Droplets via Semi-3-Dimensional Flow Focusing Microfluidic Devices

Uniform and size-controllable poly (ethylene glycol) diacrylate (PEGDA) droplets could be produced via the flow focusing process in a microfluidic device. This paper proposes a semi-three-dimensional (semi-3D) flow-focusing microfluidic chip for droplet formation. The polydimethylsiloxane (PDMS) chip was fabricated using the multi-layer soft lithography method. Hexadecane containing surfactant was used as the continuous phase, and PEGDA with the ultraviolet (UV) photo-initiator was the dispersed phase. Surfactants allowed the local surface tension to drop and formed a more cusped tip which promoted breaking into tiny micro-droplets. As the pressure of dispersed phase was constant, the size of droplets became smaller with increasing continuous phase pressure before dispersed phase flow was broken off. As a result, droplets with size variation from 1 &#181;m to 80 &#181;m in diameter could be selectively achieved by changing the pressure ratio in two inlet channels, and the average coefficient of variation was estimated to be below 7%. Furthermore, droplets could turn into micro-beads by UV exposure for photo-polymerization. Conjugating biomolecules on such micro-beads surface have many potential applications in the fields of biology and chemistry.

Generation of Size-controlled Poly ethylene Glycol Diacrylate Droplets via Semi-3-Dimensional Flow Focusing Microfluidic Devices

Here, we present a protocol to illustrate the fabrication processes and verifying experiments of a semi-three-dimensional (semi-3D) flow-focusing microfluidic chip for droplet formation.

Geração de tamanho controlado poli (etileno glicol) Diacrylate gotículas através de Semi-3-Dimensional Flow focando Microfluidic dispositivos

Uniform and size-controllable poly (ethylene glycol) diacrylate (PEGDA) droplets could be produced via the flow focusing process in a microfluidic device. ...

Safe Experimentation in Optical Levitation of Charged Droplets Using Remote Labs

The work presents an experiment that allows the study of many fundamental physical processes, such as photon pressure, diffraction of light or the motion of charged particles in electrical fields. In this experiment, a focused laser beam pointing upwards levitate liquid droplets. The droplets are levitated by the photon pressure of the focused laser beam which balances the gravitational force. The diffraction pattern created when illuminated with laser light can help measure the size of a trapped droplet. The charge of the trapped droplet can be determined by studying its motion when a vertically directed electrical field is applied. There are several reasons motivating this experiment to be remotely controlled. The investments required for the setup exceeds the amount normally available in undergraduate teaching laboratories. The experiment requires a laser of Class 4, which is harmful to both skin and eyes and the experiment uses voltages that are harmful.

Optical levitation is a method for levitating micrometer-sized dielectric objects using laser light. Utilizing computers and automation systems, an experiment on optical levitation can be controlled remotely. Here, we present a remotely controlled optical levitation system that is used both for educational and research purposes.

Experimentação segura em levitação óptica de gotículas carregadas usando laboratórios remotos

The work presents an experiment that allows the study of many fundamental physical processes, such as photon pressure, diffraction of light or the motion ...

Fabrication of Compressed Hosiery and Measurement of its Pressure Characteristic Exerted on the Lower Limbs

This article reports the pressure characteristic measurement of compressed hosiery via direct and indirect methods. In the direct method, an interface sensor is used to measure the pressure value exerted on the lower limbs. In the indirect method, the necessary parameters mentioned by the cone and cylinder model are tested to calculate the pressure value. The necessary parameters involve course density, wales density, circumference, length, thickness, tension, and deformation of the compressed hosiery. Compared with the results of the direct method, the cone model in the indirect method is more suitable for calculating the pressure value because the cone model considers the change in radius of the lower limb from the knee to the ankle. Based on this measurement, the relationship among fabrication, structure, and pressure is further investigated in this study. We find that graduation is the main influence that can change the wales density. On the other hand, elastic motors directly affect the course density and the circumference of the stockings. Our reported work provides the fabrication-structure-pressure relationship and a design guide for gradually compressed hosiery.

This article reports fabrication, structure and pressure measurement of compressed hosiery by employing direct and indirect methods.

Fabricação de Hosiery Comprimido e Medição de sua Característica de Pressão Exercida sobre os Membros Inferiores

This article reports the pressure characteristic measurement of compressed hosiery via direct and indirect methods. In the direct method, an interface ...

In Situ Surface Temperature Measurement in a Conveyor Belt Furnace via Inline Infrared Thermography

Measuring the surface temperature of objects that are processed in conveyor belt furnaces is an important tool in process control and quality assurance. Currently, the surface temperature of objects processed in conveyor belt furnaces is typically measured via thermocouples. However, infrared (IR) thermography presents multiple advantages compared to thermocouple measurements, as it is a contactless, real-time, and spatially resolved method. Here, as a representative proof-of-concept example, an inline thermography system is successfully installed into an IR lamp powered solar firing furnace, which is used for the contact firing process of industrial Si solar cells. This protocol describes how to install an IR camera into a conveyor belt furnace, conduct a customer correction of a factory calibrated IR camera, and perform the evaluation of spatial surface temperature distribution on a target object.

This protocol describes how to install an infrared camera into a conveyor belt furnace, conduct a customer correction of a factory calibrated IR camera, and evaluate the spatial surface temperature distribution of an object of interest. The example objects are industrial silicon solar cells.

Em Situ Surface Temperature Measurement em um forno de correia transportadora através de Termografia Infravermelha Inline

Measuring the surface temperature of objects that are processed in conveyor belt furnaces is an important tool in process control and quality assurance. ...

Measuring Sub-23 Nanometer Real Driving Particle Number Emissions Using the Portable DownToTen Sampling System

The current particle size threshold of the European Particle Number (PN) emission standards is 23 nm. This threshold could change because future combustion engine vehicle technology may emit large amounts of sub-23 nm particles. The Horizon 2020 funded project DownToTen (DTT) developed a sampling and measurement method to characterize particle emissions in this currently unregulated size range. A PN measurement system was developed based on an extensive review of the literature and laboratory experiments testing a variety of PN measurement and sampling approaches. The measurement system developed is characterized by high particle penetration and versatility, which enables the assessment of primary particles, delayed primary particles, and secondary aerosols, starting from a few nanometers in diameter. This paper provides instruction on how to install and operate this Portable Emission Measurement System (PEMS) for Real Drive Emissions (RDE) measurements and assess particle number emissions below the current legislative limit of 23 nm.

Presented here is the DownToTen (DTT) portable emission measurement system to assess real driving automotive emissions of sub-23 nm particles.

Medindo emissões de número de partículas reais de condução sub-23 nanômetros usando o sistema portátil de amostragem DownToTen

The current particle size threshold of the European Particle Number (PN) emission standards is 23 nm. This threshold could change because future ...

Treating Surfaces with a Cold Atmospheric Pressure Plasma using the COST-Jet

In recent years, non-thermal atmospheric pressure plasmas have been used extensively for surface treatments, in particular, due to their potential in biological applications. However, the scientific results often suffer from reproducibility problems due to unreliable plasma conditions as well as complex treatment procedures. To address this issue and provide a stable and reproducible plasma source, the COST-Jet reference source was developed.
In this work, we propose a detailed protocol to perform reliable and reproducible surface treatments using the COST reference microplasma jet (COST-Jet). Common issues and pitfalls are discussed, as well as the peculiarities of the COST-Jet compared to other devices and its advantageous remote character. A detailed description of both solid and liquid surface treatment is provided. The described methods are versatile and can be adapted for other types of atmospheric pressure plasma devices.

This protocol is presented to characterize the setup, handling, and application of the COST-Jet for the treatment of diverse surfaces such as solids and liquids.

Tratando superfícies com um plasma de pressão atmosférica fria usando o CUSTO-Jet

In recent years, non-thermal atmospheric pressure plasmas have been used extensively for surface treatments, in particular, due to their potential in ...