CN109453706B - 一种同心化双重乳液的制备装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种同心化双重乳液的制备装置，包括微流控芯片、双重乳液收集装置、三维电场调心结构、同心图像采集装置、计算机和控制器；微流控芯片中设有乳液生成单元和仿生分裂阵列；仿生分裂阵列包括乳液主通道、n级分裂通道和汇合通道；每个最后一级分裂通道的外周均设有三维电场调心结构和同心图像采集装置；每个三维电场调心结构包括长方体框架和四块导电板；同心图像采集装置用于检测双重乳液液滴的同心程度。本发明制备装置结构紧凑，能够高效可控的制备高质量的双重乳液，同时光学设备、在线监测和电场调控系统可以实时地监测和控制生产的双重乳液高同心度，高球形度和尺寸的均一性，从而实现双重乳液优质化、可控化和高效化生产。

Description

一种同心化双重乳液的制备装置

技术领域

本发明涉及一种乳液制备装置，特别是一种同心化双重乳液的制备装置。

背景技术

双重乳液是离散相液滴中包裹更小液滴的高度结构化复杂多相系统。双重乳液这种独特的壳核微结构可以有效地隔离内液滴与连续相间的接触，故而被广泛地用于微存储器、微反应器、微分离器和微结构单元等功能材料的制备中，在废水处理，化学化工，农业，医药，化妆品，食品等领域具有十分普遍的应用前景。

双重乳液面临着大批量制备同心化双重乳液的难题。目前，双重乳液通常是采用制备后调控的方式，即将乳液收集后再通过多物理场进行调控，这种调控方式会造成双重乳液的质量和产量降低，同时制备后附加的物理场调控方式过程复杂，操作难度大，调控效果较差。

微流控技术是一门研究微尺度流体的新兴交叉学科，该技术对于流体的检测、输送、控制都是在微米尺度空间下完成的。微流控技术具有制备装置小、原材料消耗较小等优点，不但可以制备产生形状规则、单分散性好的液滴，而且可以改变流量来控制液滴生成速度。

因此，本发明基于微流控技术，在微流控芯片中集成多分支结构作为分裂通道，这个通道内的分支通道呈2ⁿ(n＞2)的速率增加，能够高效快速的生成数量多、均匀性好、分散性好的双重乳液。此外，通过光源、透镜、玻璃板和CCD相机等设备构建了实时监控结构，实时在线捕捉双重乳液的对心图像。将双重乳液的实时生成信息传递到计算机进行记录和处理，并由设计的电场强度和双重乳液之间的算法计算处理，处理后的信息传递到所述的控制器并传输至所述的三维电场调心单元进行调节，从而保证了双重乳液生成的同心化、球形化和尺寸的均一性，实心了同心化双重乳液的快速、高效和可控制备。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种同心化双重乳液的制备装置，该同心化双重乳液的制备装置基于微流控技术，采用分裂通道单元高效生产、实时在线监测调控系统、电场强度和双重乳液之间的算法和平行板电场调心结构，对双重乳液生成过程可控监测并施加电场调控，从而能够较好保证生成双重乳液的高同心化，高球形化和乳液尺寸的均一性，制备效率高、过程可控。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种同心化双重乳液的制备装置，包括微流控芯片、双重乳液收集装置、三维电场调心结构、同心图像采集装置、计算机和控制器。

微流控芯片中设置有乳液生成单元和仿生分裂阵列。

乳液生成单元包括乳液生成通道以及沿乳液生成通道依次布设的内相输入通道、中间相输入通道和外相输入通道。

仿生分裂阵列包括依次布设的乳液主通道、n级分裂通道和汇合通道；乳液主通道的前端与乳液生成通道的末端相连接，每级分裂通道的分裂数均为2，n级分裂通道中最后一级分裂通道的分支结构数量为2ⁿ个。

双重乳液收集装置通过双重乳液输出通道与汇合通道的尾端相连接。

每个最后一级分裂通道的外周均设置有三维电场调心结构和同心图像采集装置。

每个三维电场调心结构包括长方体框架和四块导电板；长方体框架同轴套装在最后一级分裂通道的外周，长方体框架的四个侧面各设置一块导电板。

同心图像采集装置设置在导电板前端，用于检测准备进入导电板的双重乳液液滴的同心程度。

每个同心图像采集装置均与计算机相连接，计算机与控制器相连接，控制器还与每块导电板相连接。

计算机能根据同心图像采集装置提供的图像，自动计算需对准备进入导电板的双重乳液液滴施加的电场强度大小，并将计算的电场强度大小传输给控制器，控制器指令四块导电块中相对应的两块通电，并施加对应的电场力大小，使双重乳液液滴同心。

每个三维电场调心结构均还包括玻璃板，每块导电板前端的长方体框架上均设置有一块玻璃板；每个同心图像采集装置包括光源和CCD相机，光源和CCD相机设置在相对的两块玻璃板外侧。

每个同心图像采集装置均包括两个光源和两个CCD相机，两个光源设置在相邻的两块玻璃板外侧，两个CCD相机设置在另外两块相邻的玻璃板外侧，且光源与CCD相机相对。

每块导电板后端的长方体框架上也均设置有一块玻璃板。

形成双重乳液的连续相液体、中间相液体和内相液体的介电常数分别为k1，k2和k3，则k2>k1。

计算机采用双重乳液对心算法计算需对准备进入导电板的双重乳液液滴施加的电场强度大小，双重乳液对心算法，包括如下步骤。

步骤1，建立坐标系，包括如下步骤。

步骤11，选择观察对象：当计算机从CCD相机接收的捕捉图像中只有一个双重乳液液滴时，则以该双重乳液液滴作为观察对象；当接收的捕捉图像中包含有多个双重乳液液滴时，取捕捉图像中位于正中间的完整双重乳液液滴作为观察对象。

步骤12，坐标系建立：以步骤11中选择的观察对象的内液滴为基准，以内液滴的中心为原点，以双重乳液液滴的流动方向作为x轴方向，图像中与x轴相垂直的方向作为y轴方向。

步骤2，半轴长度数据读取：在步骤1建立的坐标系中，读取参考对象中双重乳液的内液滴和外液滴沿x轴和y轴的半轴长度。

步骤3，液滴形变度计算：采用如下公式(1)对双重乳液的内液滴和外液滴的液滴形变度进行计算，计算公式为：

式(1)中，L为内液滴或外液滴沿x轴半轴长度，B为内液滴或外液滴沿y轴半轴长度，D为内液滴或外液滴的形变度；其中，D>0表示宽扁形，D<0表示瘦长形，D_内为内液滴的形变度，D_外为外液滴的形变度。

步骤4，电场强度计算，包括如下步骤：

步骤41，液滴形变度与电毛系数对应关系寻找：形变程度D和电毛细数Ca_E成线性关系，表达式为：

D＝aCa_E+b (4)

式(4)中，a和b为常数，通过实验数据拟合得到。

步骤42，电毛细数Ca_E值确定：将步骤3中计算得到的D_内和D_外按公式(5)进行判断，并确定与观察对象相对应的双重乳液液滴的形变度D′，D′也可简称为观察对象的形变度。

然后，将确定的观察对象的形变度代入公式(4)中，从而得到电毛细数Ca_E值。

步骤43，电场强度E值计算：将步骤42确定的电毛细数Ca_E值代入公式(3)中，从而得到电场强度E值。

还包括步骤5，电场强度施加，包括如下步骤。

步骤51，导电板启动顺序确定：根据公式(5)中D′的正负，确定电场强度的施加方向和导电板的启动顺序。

步骤52，电场强度施加：将步骤51确定的两块导电板分别施加步骤4计算得到的电场强度值，使得观察对象的形变度D′接近于0。

本发明具有如下有益效果：

1.通过利用数字化微流控的优势，由微流控芯片对双重乳液进行生成、快速分裂、电场对心等处理。

2.在线监测调控单元对双重乳液生成过程进行实时监测和调控，CCD相机将获取的双重乳液图像的内液滴及外液滴进行轮廓获取，通过设计的电场强度与双重乳液形变程度间的算法来获得应施加的电场强度大小，随后将计算的结果反馈至控制器来控制电场施加相应的电场强度，实现了双重乳液的数字化制备。以上这些因素保证了双重乳液的高同心化，高球形化以及尺寸的均一性，同时可高效的加速优质双重乳液的生成，从而实现了双重乳液优质化、可控化、高效化和连续化制备。实验证明该设计较好解决了双重乳液生成效率低、过程不可控、生成的双重乳液球形化低等缺点。

3.本发明的三维电场调心结构产生的电场对双重乳液多角度、全方位调控，从而提高了对双重乳液球形化的调控效果。同时施加电场的过程中，双重乳液的生成过程是连续的，克服了先生成后调控的弊端，双重乳液的生成效率得到提高。

附图说明

图1显示了本发明一种同心化双重乳液的制备装置的结构示意图。

图2显示了本发明一种同心化双重乳液的制备装置中在线监测调控单元的结构示意图。

图3显示了本发明中三维电场调心结构的示意图。

图4显示了本发明中仿生分裂阵列的结构示意图。

图5显示了本发明中双重乳液在仿生分裂阵列中的分裂及生成示意图。

图6显示了本发明中双重乳液对心算法的界面示意图。

图7显示了双重乳液液滴中的内外液滴随电毛细数的变化示意图。

图8(a)显示了施加不同电场强度(或电毛细数)时双重乳液液滴的电荷分布图。

图8(b)显示了施加不同电场强度(或电毛细数)时双重乳液液滴的电场力分布图。

图8(c)显示了施加不同电场强度(或电毛细数)时双重乳液液滴的压力分布图。

图8(d)显示了施加不同电场强度(或电毛细数)时双重乳液液滴的速度分布图。

图中，

10.乳液生成单元。

11.中间相输入通道；12.内相输入通道；13.外相输入通道；14.乳液生成通道；

20.仿生分裂阵列；

21.乳液主通道；22.分裂通道；23.最后一级分裂通道；24.汇合通道；

30.双重乳液收集装置；31.双重乳液输出通道；

40.三维电场调心结构；

41.长方体框架；42.玻璃板；43.导电块；

50.同心图像采集装置；

51.光源；52.透镜；53.镜头；54.CCD相机；

60.计算机；

70.控制器。

80.双重乳液液滴；81.外液滴；82.內液滴；83.连续相液体。

具体实施方式

下面结合附图和具体较佳实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1所示，一种同心化双重乳液的制备装置，包括微流控芯片、双重乳液收集装置30、三维电场调心结构40、同心图像采集装置50、计算机60和控制器70。

其中，三维电场调心结构40、同心图像采集装置50、计算机60和控制器70形成在线监测调控单元。

微流控芯片中设置有乳液生成单元10和仿生分裂阵列20。

乳液生成单元包括乳液生成通道14以及沿乳液生成通道依次布设的内相输入通道12、中间相输入通道11和外相输入通道13。

连续相液体、中间相液体和内相液体分别采用注射器等注入对应的外相输入通道13、中间相输入通道11和内相输入通道12。

形成双重乳液的连续相液体、中间相液体和内相液体的介电常数分别为k₁，k₂和k₃，由于内部液滴的介电常数k₃，对液滴对心的稳定性影响较小，可以忽略不计。因而，当k₂>k₁时，即能实现液滴对心的稳定。

如图4所示，仿生分裂阵列包括依次布设的乳液主通道21、n级分裂通道22和汇合通道24。乳液主通道的前端与乳液生成通道的末端相连接，每级分裂通道的分裂数均为2，n级分裂通道中最后一级分裂通道23的分支结构数量为2ⁿ个。

上述每级分裂通道均为多级分支结构，每级分支结构的数量为2ⁿ(n>2且为整数)，n为级数，也即乳液主通道的乳液生成后进入各个层级分裂通道中，均匀的以2ⁿ(n＝1,2,3,4……)的分裂速率进行分裂。

每级分支结构均包括斜通道和平行于乳液主通道的平直通道，斜通道夹角角度为α，且30°<α<90°。

第n-1级平直通道的长度L_n-1与n-2级平直通道长度L_n-2相同，即L_n-1＝L_n-2，但是第n级平直通道的长度L_n为前一级平直通道长度L_n-1的两倍，即L_n＝2L_n-1，以保证最后一级分裂通道(也即第n级分裂通道)的平直通道中有足够空间安装三维电场调心结构。

进一步，第n级分裂通道的平直通道直径D_n优选是第n-1级平直通道直径D_n-1的1/2，即D_n/D_n-1＝1/2。

另外，假设生成的双重乳液液滴直径为D₀，则D_n在1D₀至2D₀之间，进一步优选，D_n＝1.05～1.3D₀。这样，生成的双重乳液液滴将沿第n级分裂通道依次排列，不会出现堆积现象，便于对心调控。

双重乳液收集装置通过双重乳液输出通道31与汇合通道的尾端相连接，如图5所示，双重乳液液滴经过均匀分裂和同心化处理后进入漏斗状结构的汇合通道，汇合通道汇集生成的双重乳液液滴经双重乳液输出通道传递到双重乳液收集装置中。

当双重乳液分裂、生成完成后，中间相液体包覆在内相液体外周，因此，我们将分裂生成的双重乳液液滴80中，由内相液体构成的圆形称之为内液滴82，将包覆在内液滴外周的中间相液体称之为外液滴81，双重乳液液滴80在连续相液体83中流动。

每个最后一级分裂通道的平直通道的外周均设置有三维电场调心结构和同心图像采集装置。

如图3所示，每个三维电场调心结构包括长方体框架41、玻璃板42和四块导电板43。

长方体框架同轴套装在最后一级分裂通道的平直通道的外周，也即长方体框架的中心轴上设置有中心通孔，中心通孔的内径等于或略大于第n级分裂通道的平直通道直径D_n。

长方体框架的每个侧面各优选设置一块导电板和两块玻璃板，两块玻璃板位于导电板的两侧。每个侧面上沿液体流动方向的玻璃板、导电板、玻璃板的长度比优选为4：3：3。

四块导电板分别施加给双重乳液不同的电场方向，位于导电板前端的玻璃板有利于光线透过，从而捕捉到清晰的双重乳液的对心图像，利于计算机对双重乳液的形变进行分析。位于导电板后端的玻璃板供光线透过，利于观察施加的电场后双重乳液的形变变化。

同心图像采集装置设置在导电板前端，用于检测准备进入导电板的双重乳液液滴的同心程度。

在导电板后端的玻璃板外侧也优选设置有同心图像采集装置，此时的同心图像采集装置用于对施加电场后的双重乳液液滴的同心程度进行检测。

每个同心图像采集装置均与计算机相连接，计算机与控制器相连接，控制器还与每块导电板相连接。

计算机能根据同心图像采集装置提供的图像，自动计算需对准备进入导电板的双重乳液液滴施加的电场强度大小，并将计算的电场强度大小传输给控制器，控制器指令四块导电块中相对应的两块通电，并施加对应的电场力大小，使双重乳液液滴同心。

上述四块导电板的电场强度的施加均受到控制器的调控，在整个导电板电场调控过程中双重乳液的生成是连续的，不需要先生成后调控，大大提高了双重乳液的生成效率。

如图2所示，每个同心图像采集装置包括光源51和CCD相机54。

光源和CCD相机优选为两组，每组中的光源和CCD相机设置在相对的两块玻璃板外侧。也即，两个光源设置在相邻的两块玻璃板外侧，两个CCD相机设置在另外两块相邻的玻璃板外侧，且光源与CCD相机相对。

上述光源优选采用高强度等直光的LED灯，光线通过透镜聚焦后，透过玻璃板照射到乳液液滴上。此时，CCD相机通过宽角度的镜头53，快速清晰地捕捉双重乳液液滴的对心图像，上传到计算机进行记录与分析，由设计的双重乳液对心算法自动计算内、外液滴形变差值从而需要施加的电场强度大小，随后将计算的结果反馈至控制器，控制器来控制平行电极板施加的电场强度，从而实现了双重乳液的可控性数字化制备，并确保生成的双重乳液的同心化，球形化和尺寸的均一性。

上述设计的双重乳液对心算法，包括如下步骤。

步骤1，建立坐标系，包括如下步骤。

步骤11，选择观察对象：当计算机从CCD相机接收的捕捉图像中只有一个双重乳液液滴时，则以该双重乳液液滴作为观察对象；当接收的捕捉图像中包含有多个双重乳液液滴时，取捕捉图像中位于正中间的完整双重乳液液滴作为观察对象。

步骤12，坐标系建立：以步骤11中选择的观察对象的内液滴为基准，以内液滴的中心为原点，以双重乳液液滴的流动方向作为x轴方向，图像中与x轴相垂直的方向作为y轴方向。

步骤2，半轴长度数据读取：在步骤1建立的坐标系中，读取参考对象中双重乳液的内液滴和外液滴沿x轴和y轴的半轴长度。

步骤3，液滴形变度计算：采用如下公式(1)对双重乳液的内液滴和外液滴的液滴形变度进行计算，计算公式为：

式(1)中，L为内液滴或外液滴沿x轴半轴长度，B为内液滴或外液滴沿y轴半轴长度，D为内液滴或外液滴的形变度。其中，D>0表示宽扁形，D<0表示瘦长形，D_内为内液滴的形变度，D_外为外液滴的形变度。

步骤4，电场强度计算，包括如下步骤。

步骤41，液滴形变度与电毛系数对应关系寻找。

通过采用本发明的同心化双重乳液的制备装置，在相同的毛细数Ca，不同电毛细数Ca_E下观察双重乳液的形变以及感应电荷、电场力、压力的分布特征。

上述毛细数Ca和Ca_E均为无量纲特征参数。

其中，毛细数Ca表示粘性力和表面张力的相对大小，表达式为：

上式中，μ₀为连续相动力粘度(pa·s)、α为连续相与外液滴之间的剪切率(1/s，为测定值)、R₁为外液滴半径长度(m)、γ表示界面张力系数(N/m)，γ₀₁表示表示连续相流体的界面张力系数γ₀与外液滴界面张力系数γ₁之比。由式(2)可知，动力粘度、界面张力系数、液滴的半径长度等参数决定着毛细数Ca的大小，而随着Ca数的增加，液滴周围产生的拉伸流场对液滴产生的粘性拽力增加，液滴的形变率也会增加。其中分别取液滴受到的粘性拽力较小，形变率较小(此时Ca＝0.06)和液滴受到的粘性拽力较大，形变率较大(Ca＝0.1)两种工况进行研究。

电毛细数Ca_E表示电场力和表面张力的相对大小，表达式为：

上式中，ε₀等于k₁，表示连续相的介电常数(N/m)；Ca与Ca_E的关系：当外加流场越大，即Ca越大，双重乳液内外液滴所受到的拉伸力就越大，此时为让双重乳液保持球形化，内外液滴需要更多的外加电场力，即Ca_E越大。当Ca给定时，通过公式(2)，即可计算出γ₀₁，将计算出的γ₀₁代入公式(3)中，即可根据Ca_E自动计算出所需施加的电场强度值E。

实验数据发现，在给定的表面张力、液滴介电常数、电导率下，形变程度D和电毛细数Ca_E成线性关系，表达式如下式所示。

D＝aCa_E+b (4)

式(4)中，a和b为常数，通过实验数据拟合得到。当毛细数Ca不同时，a和b的值也随之变化。

毛细数Ca通常取0.06和0.1，在两种工况下，内外液滴的变形度与电毛细数Ca_E的实测数据打点描线如图7所示。

当Ca＝0.06时，拟合得到的形变程度D和电毛细数Ca_E的线性表达式如下所示：

D＝0.1448Ca_E-0.0868

也即a＝0.1448，b＝-0.0868。

步骤42，电毛细数Ca_E值确定：将步骤3中计算得到的D_内和D_外按公式(5)进行判断，并确定与观察对象相对应的双重乳液液滴的形变度D′，D′也可简称为观察对象的形变度。

然后，将确定的观察对象的形变度代入公式(4)中，从而得到电毛细数Ca_E值。

步骤43，电场强度E值计算：将步骤42确定的电毛细数Ca_E值代入公式(3)中，从而得到电场强度E值。

步骤5，电场强度施加，包括如下步骤。

步骤51，导电板启动顺序确定：根据公式(5)中D′的正负，确定电场强度的施加方向和导电板的启动顺序。如当D′＞0，表示观察对象为宽扁形，则启动前后两块导电板；当D′＜0，表示观察对象为瘦长形，则启动上下两块导电板。

步骤52，电场强度施加：将步骤51确定的两块导电板分别施加步骤4计算得到的电场强度值，使得观察对象的形变度D′接近于0。

在本发明中，由于三维调心电场结构的加入，双重乳液液滴内外界面产生相应的感应电荷，而当电场强度增加时，双重乳液液滴内外界面电场力增加，从而抑制了内外液滴的形变。双重乳液内外不同液滴的形变特征如图8(a)至图8(d)所示。

由图8(a)可知，由于调心电场的加入，双重乳液的内外界面产生感应电荷，同时随着电场强度的增加电荷也不断增加。

如图8(b)所示，双重乳液内外液滴界面产生的电场力方向与双重乳液受到的拉伸力方向相反，即电场力抑制了双重乳液内外液滴产生的形变使其减少流场产生的粘性力的作用逐渐恢复到球形。电场强度增加，内外液滴界面将产生更大的电场力来抑制内外液滴的形变；由Young-Laplace方程可知，界面两端的压力梯度反比于界面处的曲率半径。

如图8(c)所示，当电场强度增加时双重乳液内外液滴的形变都将变小，而内外液滴长轴处曲率半径都将增加，因此内外液滴的压差减小。当Ca_E＝0.6时，双重乳液内外液滴恢复到球形；当Ca_E＝1时，此时内外液滴受到的电场力大于流场产生的粘性力，双重乳液会产生与处于单一流场作用下形变相反的形变即外液滴为瘦长型内液滴为宽扁型，此时外液滴的上下端和内液滴的左右端的曲率半径较小，压差较大。

再如图7所示，当电场强度增加时，双重乳液内外液滴的形变将不断减小并逐渐恢复到球形。如图在电场强度Ca_E＝0.6,内外液滴的毛细数Ca＝0.06时，双重乳液内外液滴恢复到球形。而电场强度进一步增加时，双重液滴将会进一步发生与单一流场作用下相反的形变。此时通过监测设备对双重乳液对心情况进行实时捕捉，从而调控三维电场强度保证了双重乳液的球形化。

通过实验证明，三维调心电场的加入使得双重乳液能够有效的抑制单一流场下双重乳液的不可控形变。同时通过实时的监测设备能够将双重乳液的对心情况得到有效的捕捉，并通过反馈调控系统来控制电场强度的大小，保证了双重乳液球形化最佳的电场力(本实验工况下CaE＝0.6)。因此本同心化双重乳液的制备装置能够有效确保生成双重乳液的同心化、球形化、尺寸均一性和高效性。

以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种等同变换，这些等同变换均属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种同心化双重乳液的制备装置，其特征在于：包括微流控芯片、双重乳液收集装置、三维电场调心结构、同心图像采集装置、计算机和控制器；

微流控芯片中设置有乳液生成单元和仿生分裂阵列；

乳液生成单元包括乳液生成通道以及沿乳液生成通道依次布设的内相输入通道、中间相输入通道和外相输入通道；

仿生分裂阵列包括依次布设的乳液主通道、n级分裂通道和汇合通道；乳液主通道的前端与乳液生成通道的末端相连接，每级分裂通道的分裂数均为2，n级分裂通道中最后一级分裂通道的分支结构数量为2ⁿ个；

双重乳液收集装置通过双重乳液输出通道与汇合通道的尾端相连接；

每个最后一级分裂通道的外周均设置有三维电场调心结构和同心图像采集装置；

每个三维电场调心结构包括长方体框架和四块导电板；长方体框架同轴套装在最后一级分裂通道的外周，长方体框架的四个侧面各设置一块导电板；

同心图像采集装置设置在导电板前端，用于检测准备进入导电板的双重乳液液滴的同心程度；每个同心图像采集装置均与计算机相连接，计算机与控制器相连接，控制器还与每块导电板相连接；

计算机能根据同心图像采集装置提供的图像，自动计算需对准备进入导电板的双重乳液液滴施加的电场强度大小，并将计算的电场强度大小传输给控制器，控制器指令四块导电块中相对应的两块通电，并施加对应的电场力大小，使双重乳液液滴同心；

计算机采用双重乳液对心算法计算需对准备进入导电板的双重乳液液滴施加的电场强度大小，双重乳液对心算法，包括如下步骤：

步骤1，建立坐标系，包括如下步骤：

步骤11，选择观察对象：当计算机从CCD相机接收的捕捉图像中只有一个双重乳液液滴时，则以该双重乳液液滴作为观察对象；当接收的捕捉图像中包含有多个双重乳液液滴时，取捕捉图像中位于正中间的完整双重乳液液滴作为观察对象；

步骤12，坐标系建立：以步骤11中选择的观察对象的内液滴为基准，以内液滴的中心为原点，以双重乳液液滴的流动方向作为x轴方向，图像中与x轴相垂直的方向作为y轴方向；

步骤2，半轴长度数据读取：在步骤1建立的坐标系中，读取参考对象中双重乳液的内液滴和外液滴沿x轴和y轴的半轴长度；

步骤3，液滴形变度计算：采用如下公式(1)对双重乳液的内液滴和外液滴的液滴形变度进行计算，计算公式为：

式(1)中，L为内液滴或外液滴沿x轴半轴长度，B为内液滴或外液滴沿y轴半轴长度，D为内液滴或外液滴的形变度；其中，D>0表示宽扁形，D<0表示瘦长形，D_内为内液滴的形变度，D_外为外液滴的形变度；

步骤4，电场强度计算，包括如下步骤：

步骤41，液滴形变度与电毛系数对应关系寻找：形变程度D和电毛细数Ca_E成线性关系，表达式为：

D＝aCa_E+b (4)

式(4)中，a和b为常数，通过实验数据拟合得到；

步骤42，电毛细数Ca_E值确定：将步骤3中计算得到的D_内和D_外按公式(5)进行判断，并确定与观察对象相对应的双重乳液液滴的形变度D′，D′也可简称为观察对象的形变度；

然后，将确定的观察对象的形变度代入公式(4)中，从而得到电毛细数Ca_E值；

步骤43，电场强度E值计算：将步骤42确定的电毛细数Ca_E值代入公式(3)中，从而得到电场强度E值。

2.根据权利要求1所述的同心化双重乳液的制备装置，其特征在于：每个三维电场调心结构均还包括玻璃板，每块导电板前端的长方体框架上均设置有一块玻璃板；每个同心图像采集装置包括光源和CCD相机，光源和CCD相机设置在相对的两块玻璃板外侧。

3.根据权利要求2所述的同心化双重乳液的制备装置，其特征在于：每个同心图像采集装置均包括两个光源和两个CCD相机，两个光源设置在相邻的两块玻璃板外侧，两个CCD相机设置在另外两块相邻的玻璃板外侧，且光源与CCD相机相对。

4.根据权利要求2所述的同心化双重乳液的制备装置，其特征在于：每块导电板后端的长方体框架上也均设置有一块玻璃板。

5.根据权利要求1所述的同心化双重乳液的制备装置，其特征在于：形成双重乳液的连续相液体、中间相液体和内相液体的介电常数分别为k1，k2和k3，则k2>k1。

6.根据权利要求1所述的同心化双重乳液的制备装置，其特征在于：还包括步骤5，电场强度施加，包括如下步骤：

步骤51，导电板启动顺序确定：根据公式(5)中D′的正负，确定电场强度的施加方向和导电板的启动顺序；

步骤52，电场强度施加：将步骤51确定的两块导电板分别施加步骤4计算得到的电场强度值，使得观察对象的形变度D′接近于0。

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