This study was supported in part by a grant from the Deployed War-Fighter Protection (DWFP) Research Program, funded by the U.S. Department of Defense through the Armed Forces Pest Management Board (AFPMB). Mention of trade names or commercial products in this publication is solely for the purpose of providing specific information and does not imply recommendation or endorsement by the U.S. Department of Agriculture. USDA is an equal opportunity employer.

1. Configuração preliminar e Alinhamento <ol><li> Antes de qualquer ensaio, alinhar os componentes do sistema de difração de raios laser, seguindo as orientações fornecidas pelo fabricante para garantir a adequada funcionalidade e os dados do sistema de qualidade. </li><li> Siga devidas precauções de segurança associados com o uso de um laser de classe IIIa evitar a exposição direta dos olhos. Use equipamento de proteção individual adequado, se soluções de pulverização ingrediente químicos ativos estão sendo usados. </li></ol> 2. terra Bico Gota Dimensionamento <ol><li> Prepara-se o &quot;branco activa&quot; por adição de 47,5 ml (taxa reflecte uma mistura de 0,25% v / v) de um agente tensioactivo 90% de não-iónico para 19 L de água e misturar bem com uma vareta de agitação em uma broca sem fios. Dependendo da quantidade de teste a ser feito, a maiores volumes de vazio activo pode ser necessária. </li><li> Despeje a mistura de pulverização &quot;ativo em branco&quot; para os tanques de pressão de aço inoxidável, selar o tanque e fixe a mangueira de pressão de ar de entrada e a saídamangueira de alimentação de líquido do bico de pulverização. </li><li> Confirmar que a distância entre a saída do bocal e a zona de medição é de 30,5 cm (12 pol) utilizando uma fita métrica. Se for, continue. Se não, ajustar, quer movendo o sistema de difracção de laser ou o bocal. </li><li> Instalar um grau 110 bico de jacto plano com um padrão de orifícios # 05 (observado como um bocal XRC11005) no corpo do bocal ligado ao sistema da travessa. Ajustar a orientação do bico de tal modo que o eixo longo do bico de jacto plano está orientado verticalmente no túnel, mas quer a rotação do bocal no interior do anel de fixação sobre a válvula de retenção ou alterando a posição da válvula de retenção, se o bocal não pode ser rodado para a posição correta. </li><li> Ligue o túnel de vento e definir a velocidade para 6,7 ​​m / s através do ajuste da velocidade do ventilador e confirmando a velocidade do ar no túnel utilizando um anemómetro de fio quente. </li><li> Definir a pressão de pulverização a 276 kPa (40 psi), ajustando a pressão de ar de entrada usando uma pressão em linha mentolator. Confirmar a pressão usando um medidor de pressão electrónico instalado imediatamente a montante do bico de pulverização. </li><li> Posicionar o bico na parte superior do túnel através da activação e executando a deslocação linear para a posição mais superior, antes de iniciar o processo de medição. </li><li> Certifique-se de que todos os parâmetros experimentais (bocal, pressão, soluções, etc.) estão devidamente registrado no software de gravação de dados do sistema de difração de raios laser, confirmando que os parâmetros gravados na janela de interface os parâmetros do usuário corresponder às condições de teste. NOTA: Esta tela de gravação de parâmetro de dados pode variar de instrumento de difracção laser. </li><li> Iniciar uma medição de referência, selecionando o ícone de medição de referência no software operacional para abranger qualquer poeira ou fundo partículas. </li><li> Iniciar início do ciclo de medição. Dependendo do sistema de difracção de laser a ser utilizado, alguns segundos, é tipicamente necessário para concentrar o sensor antes da initiAting o processo de medição. </li><li> Uma vez que o sistema indica que está pronta para iniciar o processo de medição, activar a pulverização por abertura da válvula de alimentação de líquido no reservatório de pressão. Uma vez que a pulverização é iniciada, diminuir o bico através do feixe de laser, usando o mecanismo de avanço até que toda a pluma de pulverização ter passado através da zona de medição. Desactivar o spray, fechando a válvula de alimentação de líquido. NOTA: No sistema de difracção de laser utilizado pelos autores, o processo de medição real não iniciar a pulverização até que passa através da zona de medição óptico atinge uma concentração de 0,5%, e continua até que tenha decorrido um tempo decorrido de 10-12 seg. Essas configurações variam de acordo com sistema de difração de raios laser e configurações do usuário. </li><li> Repita os passos 2,7-2,11 por um período mínimo de 3 repetições. Determinar se repetições adicionais são necessários pelo cálculo da média e desvio padrão para o V0.1 D, D V0.5 e V0.9 D das três repetiçõese assegurar que o desvio padrão é 10%, ou menos, da média. Realize repetições adicionais, conforme necessário, para cumprir os critérios. </li><li> Defina a pressão de pulverização a 414 kPa (60 psi) e repita os passos 2,7-2,12. </li><li> Repita os passos 2,6-2,12 para cada bico e pressão de combinação adicional de interesse. </li><li> Exportação e salvar os dados de tamanho de gotas utilizando o método previsto no software operacional. </li></ol> 3. aérea Bico Gota Dimensionamento <ol><li> Preparar o &quot;ativo blank&quot; pela adição de 47,5 ml de um surfactante de 90% não-iônico para 19 L de água e misturando bem com uma vareta de agitação em uma furadeira sem fio. NOTA: dependendo da quantidade de testes a ser feito, maiores volumes de branco ativa pode ser necessária. </li><li> Despeje a mistura de pulverização &quot;em branco ativo&quot; para os tanques de pressão de aço inoxidável, selar o tanque e fixe a mangueira de pressão de ar de entrada e a mangueira de líquido de saída alimentar o bico pulverizador. </li><li> Confirmar que a distância bntre a saída do bico e da zona de medição é de 45,7 cm (18 pol) usando uma fita métrica. Se for, continue. Se não, ajuste movendo o sistema de difração de raios laser a distância necessária do bico. </li><li> Instalar um 20 graus bico de jacto plano padrão com um # 15 orifício (anotado como um bico de 2015) em uma válvula de retenção e corpo de bico para a secção transversal crescimento na saída do túnel de vento. Certifique-se de que o bico está na posição correcta, com o corpo do bico orientado na horizontal e paralela à corrente de ar. </li><li> Ligue o ventilador túnel de vento e definir a velocidade do ar na saída do túnel para 53,6 m / s (120 mph) e confirme a velocidade usando o tubo pitot anexado a um indicador de velocidade. </li><li> Definir a pressão de pulverização a 207 kPa (30 psi) ajustando a pressão de ar que entra através de um regulador de pressão em linha. </li><li> Posicionar o bico na posição de topo da travessia antes de iniciar o processo de medição. </li><li> Certifique-se de que todos os parâmetros experimentais (bocal, pressão,solução, etc.) estão devidamente registrado no software de gravação de dados do sistema de difração de raios laser, confirmando que os parâmetros gravados na janela de interface os parâmetros do usuário corresponder às condições de teste. NOTA: Esta tela de gravação de parâmetro de dados pode variar de instrumento de difracção laser. </li><li> Iniciar uma medição de referência, selecionando o ícone de medição de referência no software operacional para abranger qualquer poeira ou fundo partículas. </li><li> Iniciar início do ciclo de medição. Dependendo do sistema de difracção de laser a ser utilizado, alguns segundos, é tipicamente necessário para concentrar o sensor antes de se iniciar o processo de medição. </li><li> Uma vez que o sistema indica que está pronta para iniciar o processo de medição, activar a pulverização por abertura da válvula de alimentação de líquido no reservatório de pressão. Uma vez que a pulverização é iniciada, diminuir o bico através do feixe de laser, usando o mecanismo de avanço até que toda a pluma de pulverização ter passado através da zona de medição. deactivar o pulverizador, fechando a válvula de alimentação de líquido. NOTA: No sistema de difracção de laser utilizado pelos autores, o processo de medição real não iniciar a pulverização até que passa através da zona de medição óptico atinge uma concentração de 0,5%, e continua até que tenha decorrido um tempo decorrido de 5-7 seg. Essas configurações variam de acordo com sistema de difração de raios laser e configurações do usuário. </li><li> Repita os passos 3,7-3,11 por um período mínimo de 3 repetições. Determinar se repetições adicionais são necessários pelo cálculo da média e desvio padrão para o V0.1 D, D V0.5, e D V0.9 das três repetições e assegurando que o desvio padrão é 10%, ou menos, da média. Realize repetições adicionais, conforme necessário, para cumprir os critérios. </li><li> Repita os passos 3,4-3,12 para cada bocal adicional, pressão, orientação do bico e combinação de velocidade do ar de interesse. </li><li> Exportar e salvar os dados de tamanho de gotas, utilizando o método previsto no operando de modoftware. </li></ol>

<ol>
	<li>Bouse, L. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effect+of+nozzle+type+and+operation+on+spray+droplet+size.">Effect of nozzle type and operation on spray droplet size.</a> Trans. ASAE. 37 (5), 1389-1400 (1994).</li><li>Hewitt, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Droplet+size+and+agricultural+spraying,+Part+I:+Atomization,+spray+transport,+deposition,+drift+and+droplet+size+measurement+techniques.">Droplet size and agricultural spraying, Part I: Atomization, spray transport, deposition, drift and droplet size measurement techniques.</a> Atomization Spray. 7 (3), 235-244 (1997).</li><li>Black, D. L., McQuay, M. Q., Bonin, M. 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G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Comparison+of+performance+of+drop-sizing+instruments.">Comparison of performance of drop-sizing instruments.</a> Appl. Optics. 26 (7), 1328-1341 (1987).</li><li>Arnold, A. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+comparative+study+of+drop+sizing+equipment+for+agricultural+fan-spray+atomizers.">A comparative study of drop sizing equipment for agricultural fan-spray atomizers.</a> Aeronaut. Sci. Tech. 12 (2), 431-445 (1990).</li><li>Teske, M. E., Thistle, H. W., Hewitt, A. J., Kirk, I. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Conversion+of+droplet+size+distributions+from+PMS+optical+array+probe+to+Malvern+laser+diffraction.">Conversion of droplet size distributions from PMS optical array probe to Malvern laser diffraction.</a> Atomization Spray. 12 (1-3), 267-281 (2002).</li><li>Fritz, B. K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Measuring+droplet+size+of+agricultural+spray+nozzles+-+Measurement+distance+and+airspeed+effects.">Measuring droplet size of agricultural spray nozzles - Measurement distance and airspeed effects.</a> Atomization Spray. 24 (9), 747-760 (2014).</li><li>ANSI. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> ASAE S572.1 Spray Nozzle Classification by Droplet Spectra. 4, 1-3 (2009).</li><li>Fritz, B. K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Comparison+of+drop+size+data+from+ground+and+aerial+nozzles+at+three+testing+laboratories.">Comparison of drop size data from ground and aerial nozzles at three testing laboratories.</a> Atomization Spray. 24 (2), 181-192 (2014).</li><li>Fritz, B. K., Hoffmann, W. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Update+to+the+USDA-ARS+fixed-wing+spray+nozzle+models.">Update to the USDA-ARS fixed-wing spray nozzle models.</a> Trans ASABE. 58 (2), 281-295 (2015).</li><li>Sympatec Inc. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> HELOS Central Unit Operating Instructions. , (2002).</li><li>Elbanna, H., Rashed, M. I., Ghazi, M. 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C., Anderson, J., Goss, G. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Response+surface+method+for+evaluation+of+the+performance+of+agricultural+application+spray+nozzles.">Response surface method for evaluation of the performance of agricultural application spray nozzles.</a> Pesticide Formulation and Delivery Systems: 35th Volume, ASTM STP1587. , 61-76 (2016).</li></ol>

The authors have nothing to disclose.

Há uma série de passos críticos que devem ser seguidos na aplicação deste método. Com ambas as avaliações bocal aéreas e no solo, a distância a partir da saída do bico para a linha de medição deve ser verificada antes de qualquer medição. Qualquer variação nesta distância pode ter um impacto significativo sobre os resultados. Da mesma forma, a velocidade do ar concorrente utilizado em testes de bocal chão deve ser verificado e ajustado a 6,7 ​​m / seg recomendado. As diferenças na velocidade do ar de que a recomendada irá influenciar significativamente os resultados devido à amostragem questões de preconceito em velocidades mais baixas, e potencialmente aumentar o rompimento secundário em velocidades mais altas. Além disso, o alinhamento correcto dos componentes do sistema de difracção a laser é crítico a fim de assegurar que o sistema está a funcionar a especificação exactidão e precisão certificada pelo fabricante. a configuração adequada e alinhamento dos bicos em relação ao fluxo de ar concorrente é fundamental para garantir dados de qualidade, como até mesmo ligeiradesalinhamentos de alguns graus no posicionamento bicos podem resultar em impactos significativos sobre os dados de tamanho de gotas resultantes. Os métodos apresentados podem ser aplicados a qualquer configuração de bico de pulverização ou de pulverização da solução tanto para chão e um sistema de antena. Com pulverizadores terrestres, alterações na dimensão das gotículas de pulverização são tipicamente uma função do tipo de bocal e o tamanho, a pressão de pulverização e o tipo de solução de pulverização. Com pulverizador aéreo o papel adicional de variações na velocidade da aeronave e a orientação do bocal para circundante corrente de ar são críticos para o tamanho da gotícula resultante. Este método pode ser usado para avaliar o efeito combinado destes factores no tamanho final das gotículas. No entanto, existem raros casos em que são necessárias algumas modificações para os métodos recomendados. Especificamente, as soluções de pulverização ou bicos que requerem distâncias maiores a partir do bico para a dissolução completa da pulverização em partículas discretas exigirá ajustando a distância entre o bocal e a medição point. Até o momento, os únicos tratamentos de solução de bocal / aerossóis que têm exigido neste tipo de ajuste ter sido bicos de jato sólido em todas as definições operacionais e bicos de leque plano de ângulo estreito com aditivos de pulverização que aumentam a viscosidade de soluções, quando medido em condições de teste a aplicação aérea. O sistema de difracção de laser ainda irá retornar os dados de tamanho das gotículas, no caso de rompimento incompleto da nuvem de pulverização, mas os dados resultantes serão tipicamente inclinado para tamanhos de gotas muito maiores, como resultado de ligamentos pulverização a ser medida pelo sistema. Embora estes ligamentos não são facilmente visíveis a olho nu, a sua presença irá geralmente mostrar-se visualmente na trama de distribuição como um pico secundário na extremidade maior da escala de tamanho de gotícula (Figura 3). Embora recomenda-se cautela em assumir que este pico secundário é o resultado da presença de ligamentos, como vibrações externas ou outras interferências com o sistema de difração de raios laser pode causaruma resposta semelhante. À medida que aumenta o nível de experiência do usuário, fazendo a distinção entre os dois com base em erros torna-se mais fácil. No caso de atomização é incompleta, descobrimos que se estende a distância de amostragem a 1,8 m (para bicos de pulverização aérea) resolve os dados de qualidade de emissão e retorna. Esta 1,8 m de distância é de fato a distância padrão em que o nosso grupo avalia todos os bicos de jato compacto em condições a aplicação aérea. Ao trabalhar com injectores pulverizadores chão, há uma classe de modelos de bico que utilizam um duplo, à saída do orifício de jacto plano o podem necessitar de modificação para o bico de configuração de montagem para segurar todo o penacho de pulverização passa através da área de amostra sem sujar as lentes do sistema de difracção de laser . Enquanto este método é projetado para minimizar o viés de amostragem devido a preconceitos espaciais associadas a sistemas de difração de laser, não eliminá-los completamente, o que significa que os valores do tamanho das gotículas retuRN não pode ser tomada como &quot;absoluto&quot;. difracção de laser não proporciona um meio para medir e ajustar, os dados de tamanho das gotículas resultantes para as velocidades de gotículas não homogéneas entre os diferentes tamanhos de gotas na nuvem de pulverização compósita. Isto torna-se crítica quando os conjuntos de dados entre laboratórios são comparados, em especial no que diz respeito a bicos de pulverização do solo. O método actualmente aceite para padronizar os resultados e permitir comparações entre laboratórios utiliza uma série de bicos de pulverização de referência altamente calibrados, cujos dados tamanho de gota são usados ​​para estabelecer um conjunto de categorias de classificação. A avaliação destes bicos deve ser conduzida como parte de cada avaliação dimensionamento gota. Mais detalhes sobre os bicos e definições de classificação pode ser encontrada na Sociedade Americana de Engenheiros Agrícolas e Biológicos (ASABE) &quot;pulverização do bico Classificação por Gota Spectra&quot; Norma Internacional (ASAE / ANSI, 2009). Como discutido na Emtrodução, existem outros sistemas de gotícula de dimensionamento além de difracção a laser. Onde difracção de laser proporciona uma medida compósita de tamanho de gota ao longo de toda a pluma de pulverização, estes métodos se concentrar em uma pequena área com a nuvem de pulverização, a amostragem de apenas uma pequena porção do total da nuvem de pulverização. A obtenção de uma amostra representativa de toda a pluma com estes outros métodos exige uma muito mais rigorosa, e demorado transversal, multi-cordal de área de secção transversal da nuvem de pulverização, resultando num grande número de sub-amostras que devem ser combinados para gerar um resultado compósito. Isto requer significativamente mais tempo do que usando difracção de laser. Uma vez que este método foi integrado com sucesso para um programa de pesquisa e as técnicas dominado pelos utilizadores, o desafio seguinte é a realização de experiências bem estruturado destinado a compreender o papel que cada um dos factores de influência jogar com respeito à formação de tamanho de gotícula. Este é um cevadadesafio er do que parece dada a combinação aparentemente interminável de tipo de bico, a configuração do bocal e fatores operacionais, a velocidade ea posição do bico (pulverização aérea) e misturas de tanque do mundo real utilizado pela indústria aplicação agrícola. Mesmo mais de um desafio é encontrar uma maneira os torna esta informação disponível para os aplicadores em um formato que é facilmente utilizável. Uma opção nosso grupo utilizado com grande sucesso é uma classe de modelos experimentais chamadas superfícies de resposta que permitem o desenvolvimento de modelos de previsão de tamanho de gotas com base num número limitado de tratamentos experimentais, permitindo uma avaliação extremamente eficiente de vários bicos e soluções 14 de pulverização, 15. Este método de criação estruturado tem sido utilizada para desenvolver uma série de modelos de tamanho de gotas para a antena 11 e bocais de solo mais comumente usado 16 utilizados pelos aplicadores agrícolas.

Ao fazer qualquer aplicação por pulverização de agroquímicos, as principais preocupações estão garantindo eficácia biológica máxima enquanto minimiza qualquer movimento fora do alvo e os impactos ambientais adversos associados ou outro dano biológico não-alvo. Um dos principais fatores a serem considerados quando da criação de qualquer pulverizador, antes de uma aplicação, é o tamanho das gotas, o que tem sido reconhecido como um dos principais parâmetros que influenciam geral deposição de calda, eficácia e drift. Enquanto há uma série de outros fatores que potencialmente afetam a deposição de pulverização e tração, tamanho de gota é um dos mais fáceis de mudar para atender às necessidades de um determinado cenário de aplicação. O tamanho das gotas a partir de qualquer bico de pulverização agrícola é influenciada por um número de factores incluindo, mas não limitados a, tipo de bico, o tamanho do orifício do bocal, a pressão de pulverização e solução de pulverização propriedades físicas. Com aplicações aéreas, a influência adicional de corte de ar resultante da velocidade aerodinâmica da aeronave e dodo bocal de orientação em relação ao que airshear, causa rompimento secundário dos pulverizadores que saem dos bicos 1. Com todos esses fatores, os aplicadores são confrontados com a difícil tarefa de fazer a seleção do bico adequado e decisões de configuração operacionais que garantir que todos os produtos pesticidas rótulos sejam atendidas e que o tamanho da gota de pulverização resultante é tal que a deposição on-alvo e eficácia biológica são mantidos enquanto minimiza fora do alvo movimento. O objetivo deste método é fornecer informação clara e concisa sobre o tamanho das gotículas resultantes das várias combinações que influenciam fatores para apoiar as decisões operacionais de um aplicador. Enquanto há uma série de instrumentos disponíveis para medir o tamanho das gotas de sprays, as medições de bicos de pulverização de agroquímicos são tipicamente quer difração de raios laser, imagens, ou doppler fase baseado 2. Os métodos baseados imagens e fase doppler são métodos contador de partículas individuais,o que significa que áreas menores dentro da nuvem de pulverização estão focados em, com partículas individuais a ser medido 3. Considerando que os métodos de difracção a laser fazer uma medição de conjunto, o que significa que a distribuição de um grupo de partículas é rapidamente medida 3. Embora estes métodos diferem em princípio, com a configuração e uso adequado, resultados comparáveis ​​podem ser obtidas 4. métodos de difração de raios laser têm sido amplamente adotado pela comunidade aplicação agrícola, devido à facilidade de uso, capacidade de alta densidade número sprays rapidamente de medição e da grande faixa de medição dinâmica. Como uma medição conjunto é feito, uma única transversal de uma coluna de pulverização através da linha de medição é tudo o que é necessário para um tamanho de gota compósito de toda a pulverização. Isto permite a avaliação eficientes de tamanho de gotícula de um grande número de bicos de pulverização e combinações de parâmetros operacionais. Em comparação, os métodos de contador de partículas individuais, necessariamente focar muito menor áreas within uma nuvem de spray, a fim de capturar partículas individuais, o que significa que vários locais de medição devem ser avaliados e combinados para retornar um resultado composto. Isto requer significativamente mais tempo, esforço e solução de pulverização para avaliar um único pluma de pulverização do que os métodos baseados difracção de laser. O aumento do volume de pulverização necessário pode apresentar um problema significativo se produtos reais de pesticidas estão sendo testados, como resultado do aumento dos custos do material utilizado e os custos de eliminação. No entanto, os métodos do contador de partículas individuais têm a vantagem de proporcionar uma amostra temporais, em que se mede o número de gotas por unidade de tempo que passam através de um volume da amostra, enquanto que difracção de laser fornece uma amostra espacial como a medida é proporcional ao número de gotículas dentro um determinado volume de 5. Foram todas as velocidades de gotículas dentro de um determinado pulverizar a mesma, os métodos iria proporcionar resultados idênticos. No entanto, para a maioria dos sistemas de pulverização de gotículas as velocidades são correlacionadosa gota tamanho, resultando em um viés com métodos de amostragem espaciais 6. Superar esse viés espacial de medidas de difração de laser através de metodologia de teste adequada é uma parte crítica de avaliar pulverização tamanho das gotas de bicos de pulverização agrícolas 4. A polarização espacial é reduzida ao testar bicos numa corrente de ar concorrente de 13 m / seg e com o local de medição localizado a uma distância adequada a partir do bocal, como a combinação destes dois parâmetros resulta em velocidades de gotículas homogénea em toda a nuvem de pulverização 4. Além disso, a polarização espacial é pequena (5% ou menos) para testes de bocal antena devido às altas velocidades simultâneas avaliadas 7,8. Para determinar o método de ensaio ideal para reduzir o viés espacial com nossos atuais de baixa e alta velocidade instalações de túnel de vento, a série de bicos de referência utilizado para determinar classificações de tamanho de pulverização agrícola 9 foram avaliadas para o tamanho das gotas ucantar tanto difração de raios laser e métodos de imagem 10. Dimensionando avaliações foram realizadas em várias combinações de velocidade do ar concorrente e distância de medição (distância da saída do bocal para o ponto de medição), representativo da gama operacional das instalações existentes. medidas de difração de laser foram comparados com os resultados de imagens para determinar o viés espacial potencial e a combinação ideal de distância de medição de velocidade e concorrente foi selecionado como o procedimento operacional padrão. A distância de medição de 30,5 cm e uma velocidade simultânea de 6,7 m / s para a avaliação de bicos de pulverização do solo no túnel de vento fraco velocidade reduzida viés espacial ou inferior a 10 5%. Polarizações espaciais de 3% ou menos foram obtidos para as avaliações de bocal aéreas no túnel de alta velocidade, para todas as velocidades testadas, com uma distância de medição de 45,7 cm 10. Usando estes métodos padrão, os autores também foram capazes de demonstrar que laboratório para laboratório variabilidade poderia ser minimizado, proporcionando dados de tamanho de gota interlaboratoriais consistentes 11. Todos os testes de tamanho de gota demonstrado como parte deste trabalho foi realizada no centro de pesquisa atomização de Aplicação Unidade de Pesquisa de Tecnologia da USDA-ARS-aérea. Um sistema de difracção de laser foi posicionado a jusante do bocal às distâncias indicadas na secção de Protocolo. Para os testes de bocal do solo, o sistema foi configurado de difracção de laser, seguindo as instruções do fabricante, para ter uma gama dinâmica de tamanho 18-3,500 uM por 31 caixas de 12. Da mesma forma para o bocal aérea testar o sistema foi configurado com um intervalo de tamanho dinâmico, de 9 a 1.750 mm, também por 31 caixas 12. avaliações de bicos de pulverização com base aéreos foram realizados em ar de alta velocidade para simular as condições a aplicação aérea. bicos de pulverização do solo foram testados em uma seção túnel de vento maior com uma única velocidade do ar em simultâneo para minimizar o spacial viés de difração de raios laser. Os bocais a ser testado foram posicionados a montante do sistema de difracção de laser nas distâncias referidas na secção de Protocolo. Os bicos foram montados sobre uma travessa linear permitindo a pluma de pulverização a ser deslocado verticalmente através da zona de medição durante um dado ciclo de medição. O protocolo para o teste de bocal chão descreve uma experiência examinando três injectores típicos em duas pressões de pulverização enquanto que o teste de bocal aéreo descreve uma experiência examinando dois bicos de pulverização típicos em duas pressões de pulverização e três velocidades. Ambos os cenários de teste usar uma solução de pulverização &quot;ativo em branco&quot;, em vez de apenas água, para imitar os efeitos de soluções de pulverização do mundo real.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>90% Non-ionic surfactant</td>
			<td>Wilbur-Ellis</td>
			<td>R11</td>
			<td>R11 is the trade name of Wilbur-Ellis non-ionic surfactant.&#160;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>HELOS-VARIO/KR</td>
			<td>Sympatec GmbH System-Partikel-Technik</td>
			<td>HELOS-VARIO/KR</td>
			<td>This system is available with several different lens options that change the effective measurement size range.&#160;&#160;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Wind Tunnel/Blower systems</td>
			<td>Custom built</td>
			<td>n/a</td>
			<td>Airspeed range of Low speed system is 0-7 m/s and high speed from 18-98 m/s</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Air Compressor</td>
			<td>n/a</td>
			<td>n/a</td>
			<td>There is no specific air compressor needed to feed the system.&#160; However, the larger the tank volume and the higher the working volumetric flow rating, the better it will keep up with the testing.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>2015 and 4015 Aerial Nozzles</td>
			<td>CP Products</td>
			<td>CP11TT and CP05 swivel with 2015 and 4015 tips</td>
			<td>These were the aerial nozzles detailed in the methods, however, any number of spray&#160; nozzles can be evaluated by this method.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>11005, AI11005 and TTI11005 Ground Nozzles</td>
			<td>Spraying Systems</td>
			<td>XR11005, AI11005 and TTI11005</td>
			<td>As with the aerial spray nozzles, these were the nozzles detailed in the Protocol, but this method is not limited to these nozzles.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>200 psi Stainless Steel pressure tank</td>
			<td>Alloy Products Corp.</td>
			<td>B501-0328-00-E-R</td>
			<td>There are a number of suppliers with similar pressure vessels that can be used.&#160; This suppliers had the highest pressure rated tanks on the market.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Various plumbing and air fittings and hoses</td>
			<td>n/a</td>
			<td>n/a</td>
			<td>Liquid and air plumbing fittings and hoses as needed to plumb the entire system.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>200 psi Pressure regulator</td>
			<td>Coilhose Pneumatics</td>
			<td>8803GH</td>
			<td>Any pressure regulator will work, this one was size to meet the high pressure needs as well as the plumbing used.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Pressure transducer</td>
			<td>Omega&#160;</td>
			<td>PX419-150GV</td>
			<td>This pressure transducer was selected to fit the higher pressure loads we use.&#160; There are other pressure ranges available from the manufacturer.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Airspeed Indicator</td>
			<td>Aircraft Spruce</td>
			<td>Skysports dual dial airspeed indicator 30-250 mph.</td>
			<td>Any airspeed indicator can be used.&#160; This one was selected to fit the speed range of our high speed aerial nozzle testing tunnel.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hot Wire anemometer</td>
			<td>Extech</td>
			<td>407119</td>
			<td>There are also a variety of options for measureing the airspeed in the low speed wind tunnel used for testing ground nozzles.&#160;</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

measuring spray droplet size from agricultural nozzles using laser diffraction

Ao fazer uma aplicação de qualquer material de protecção das culturas, tais como um herbicida ou pesticida, o aplicador usa uma variedade de habilidades e informações para fazer um pedido para que o material chega ao local de destino (ou seja, planta). Informação crítica neste processo é o tamanho das gotículas que um bocal de pulverização em particular, a pressão de pulverização, e uma combinação de solução de pulverização gera, como o tamanho das gotas influencia grandemente a eficácia do produto e como o spray se move através do ambiente. Pesquisadores e fabricantes de produtos geralmente usam equipamentos de difração de raios laser para medir o tamanho das gotas de pulverização em túneis de vento de laboratório. O trabalho aqui apresentado descreve os métodos utilizados na realização de medições de tamanho de gotas de pulverização com o equipamento de difracção de laser para ambos solo e a aplicação aérea cenários que podem ser usados ​​para assegurar a precisão inter e intra-laboratório, minimizando viés de amostragem está relacionado com sistemas de difracção a laser. Manter medição di críticaposturas e fluxo de ar em simultâneo em todo o processo de teste é a chave para essa precisão. em tempo real de análise de qualidade de dados também é fundamental para prevenir o excesso de variação nos dados ou a inclusão estranha de dados errados. Algumas limitações deste método incluem pontas de pulverização atípicos, soluções para pulverização ou condições de aplicação que resultam em correntes de pulverização que não atomizar totalmente dentro das distâncias de medição discutidos. adaptação de sucesso deste método pode proporcionar um método altamente eficiente para a avaliação do desempenho de bicos de pulverização de aplicação de agroquímicos sob uma variedade de configurações operacionais. Também são discutidos os potenciais considerações de design experimentais que podem ser incluídos para melhorar a funcionalidade dos dados recolhidos.

Os dados resultantes deste método pode ser expresso em uma variedade de formatos, dependendo da preferência do usuário e as capacidades operacionais do sistema de difração de raios laser. Tipicamente, estes dados são apresentados como um gráfico da distribuição de tamanho de gotícula ponderado pelo volume (Figuras 1 e 2) ou como métricas descritiva tamanho de gotícula (Tabelas 1 e 2). Estes resultados podem ser utilizados para examinar o impacto que as mudanças no bocal ou parâmetros operacionais têm no tamanho das gotas de pulverização, resultante. Foram examinados dois bicos de pulverização aéreas diferentes, ambos com o mesmo tamanho do orifício, mas com diferentes ângulos de pulverização do ventilador. Com estes dois bocais aéreas, foram também examinados os efeitos da pressão de pulverização e a velocidade do ar sobre o tamanho de gotícula. Examinando o bocal 2015 operado a uma pressão de pulverização de 207 kPa e comparar o volume de weigdistribuições hted resultantes do mesmo bocal sendo operado de 53,6 m / seg contra 71,5 m / s de velocidade do ar, é imediatamente óbvio que as elevadas velocidades do ar resulta em uma mudança dramática nas distribuições incrementais e cumulativos para diâmetros de gotículas menores (Figuras 1 e 2) que é o resultado do aumento da dissolução de gotas de pulverização na maior velocidade. Embora a representação gráfica dos resultados fornecem uma representação muito visual dos resultados, os valores quantitativos derivados destas distribuições são mais práticos para os conjuntos de dados maiores. Métricas tamanho típico das gotículas de pulverização utilizados na investigação agrícola incluem o V0.1 D, D V0.5 e V0.9 valores D, que correspondem aos diâmetros de gotículas de modo a que 10, 50 e 90% (respectivamente) do volume de pulverização está contido em gotículas de diâmetro igual ou menor. Estes dados são as mesmas que as mostradas nas distribuições gráficas, mas proporcionar um mais conveniente foRMAT de expressar os dados. Comparando os dados para ambos os bicos 2015 e 4015 de pulverização em ambas as pressões e as três velocidades, tendências gerais pode ser observado (Tabela 1). Os resultados 4015 bico de jacto plano em tamanhos de gotas mais pequenas do que o de 2015, a mesma pressão e velocidade do ar, como indicado pelos diâmetros menor volume ponderados (D v0.1, D V0.5, V0.9 e D) e o aumento do volume total do pulverizador composto de gota de 100 um ou menos. D V0.1, V0.5 D, e D V0.9 são os diâmetros de gotículas de modo a que 10, 50 e 90%, respectivamente, do volume total de pulverização é constituído por gotículas de diâmetro igual ou menor. Este é o resultado de o ângulo de pulverização ventilador aumento cada vez maior a dissolução nas bordas exteriores do ângulo ventilador líquido. Dentro do mesmo tipo de bico e spray de pressão, todas as métricas de tamanho de gotas diminuir com velocidades cada vez maiores, mais uma vez, como resultado do aumento da separação de gotículas no highevelocidades r. Um fenômeno interessante com os bicos de pulverização aérea é visto quando se olha para os efeitos da pressão de pulverização dentro de cada combinação bico e velocidade. Tudo o mais permanecendo igual, como a pressão aumenta, o mesmo acontece com o tamanho das gotas 11. Isto é causado por uma diminuição na diferença de velocidade relativa entre o líquido que sai do bico e a corrente de ar circundante, enquanto o líquido aumenta a velocidade de saída medida que a pressão aumenta (Tabela 1) 13. Olhando para os resultados a partir dos bicos de terra e pressões de pulverização testadas, o efeito do tipo de bocal sobre o tamanho das gotículas é significativa com o TTI11003 resultando em tamanhos de gotas que são mais do que o dobro do XRC11003 e os tamanhos AI11003 Gota que cai no meio da outra dois (Tabela 2). Dentro de cada tipo de bico, os efeitos da pressão pode ser observado com tamanhos de gotas diminuindo com o aumento da pressão de pulverização. Figura 1. A distribuição de tamanho de gotícula incremental para uma ventoinha plana bico de pulverização aérea de 20 graus com um orifício 15 # operado a 207 kPa e uma velocidade do ar na de 53,6 m / seg. A curva azul representa a distribuição periódica ponderado pelo volume que fornece a percentagem do volume total de pulverização contém gotas que caem com a gama de cada caixa de medição conforme medido pelo sistema de difracção de laser. A curva a vermelho são os mesmos dados, mas representado como dados cumulativos. Os dados cumulativos para os diâmetros permite ponderado em volume específicos para uma determinada percentagem do volume total de pulverização para ser determinada. Como ilustrado na figura, para obter o diâmetro D do volume V0.5, localizando o ponto de 50% na curva cumulativa e o diâmetro de gotícula associado mostra que 50% do volume total de pulverização está contido na pulverização droplets de diâmetro 551 mm ou menor. <a href="https://ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/54533/54533fig1large.jpg" target="_blank">Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a> <img alt="Figura 2" src="/files/ftp_upload/54533/54533fig2.jpg" /> Figura 2. distribuição de tamanho de gotícula incremental para uma ventoinha plana bico de pulverização aérea de 40 graus com um orifício 15 # operado a 207 kPa e uma velocidade do ar na de 71,5 m / seg. Como na Figura 1, a curva azul representa a distribuição do volume e ponderados periódica a curva vermelha é a distribuição cumulativa. Em comparação com os resultados mostrados na Figura 1, a distribuição incremental indica uma mudança significativa para diâmetros de gotículas mais pequenas como um resultado do aumento da velocidade do ar e, por conseguinte, dissolução gota secundária. A determinação do diâmetro D do volume V0.5 mostra que 50% deste volume de pulverização é Contained em gotículas de diâmetro 350 mm ou menor. <a href="https://ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/54533/54533fig2large.jpg" target="_blank">Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a> <img alt="Figura 3" src="/files/ftp_upload/54533/54533fig3.jpg" /> Figura 3. distribuição de tamanho de gotícula Incremental com falsa exemplo trama de pico. O, menor pico secundário à direita, em direção à extremidade maior da escala de tamanho de gota é normalmente o resultado de qualquer vibrações ou outro ruído no sistema ou a presença de ligamentos associada com atomização incompleta dentro da nuvem de pulverização. Tal como as distribuições de tamanho de gotas para os bicos e soluções de pulverização agrícola típico são tipicamente ligar-distribuído normalmente, a presença de um pico secundário na distribuição pode ser um resultado válido a partir de uma solução de pulverização atípico e / ou a combinação do bico, mas é mais provável que um indicator de algum problema de confusão no processo de medição. <a href="https://ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/54533/54533fig3large.jpg" target="_blank">Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a> <table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always"><tbody><tr><td rowspan="2"> Bocal </td><td rowspan="2"> Pressão (kPa) </td><td rowspan="2"> Velocidade do ar (m / s) </td><td colspan="3"> Volume Weighted diâmetros (mm) [média ± St. Dev.] </td><td rowspan="2"> Percentagem de Spray Volume Menos de 100 mm </td></tr><tr><td> D V0.1 </td><td> D V0.5 </td><td> D V0.9 </td></tr><tr><td rowspan="6"> 2015 </td><td rowspan="3"> 207 </td><td> 53,6 </td><td> 243,5 ± 2,5 </td><td> 551,8 ± 4,6 </td><td> 903,0 ± 25,4 </td><td> 1,4 ± 0,05 </td></tr><tr><td> 62,6 </td&gt; <td> 192,1 ± 0,5 </td><td> 444,5 ± 1,5 </td><td> 781,7 ± 7,0 </td><td> 2,4 ± 0,04 </td></tr><tr><td> 71,5 </td><td> 147,0 ± 2,8 </td><td> 350,6 ± 6,1 </td><td> 673,3 ± 14,6 </td><td> 4,5 ± 0,18 </td></tr><tr><td rowspan="3"> 414 </td><td> 53,6 </td><td> 289,1 ± 3,1 </td><td> 655,6 ± 2,1 </td><td> 1208,7 ± 11,6 </td><td> 0,8 ± 0,03 </td></tr><tr><td> 62,6 </td><td> 237,6 ± 0,1 </td><td> 542,7 ± 1,7 </td><td> 1072,5 ± 13,7 </td><td> 1,3 ± 0,01 </td></tr><tr><td> 71,5 </td><td> 170,8 ± 1,1 </td><td> 400,6 ± 3,3 </td><td> 732,1 ± 6,4 </td><td> 3,2 ± 0,05 </td></tr><tr><td rowspan="6"> 4015 </td><td rowspan="3"> 207 </td><td> 53,6 </td><td> 230,2 ± 1,3 </td><td> 514,9 ± 1,9 </td><td> 863,3 ± 1,2 </td><td> 1,5 ± 0,03 </td></tr><tr><td> 62,6 </td><td> 175,1 ± 2,0 </td><td> 404,5 ± 2,6 </td><td> 714,2 ± 3.0 </td><td> 3,1 ± 0,10 </td></tr><tr><td> 71,5 </td><td> 146,6 ± 0,8 </td><td> 344,5 ± 2,4 </td><td> 656,4 ± 9,5 </td><td> 4,6 ± 0,05 </td></tr><tr><td rowspan="3"> 414 </td><td> 53,6 </td><td> 255,2 ± 2,4 </td><td> 557,3 ± 2,3 </td><td> 994,9 ± 8,1 </td><td> 1 ± 0,04 </td></tr><tr><td> 62,6 </td><td> 200,1 ± 2,6 </td><td> 449,4 ± 7,0 </td><td> 774,9 ± 10,7 </td><td> 2,1 ± 0,06 </td></tr><tr><td> 71,5 </td><td> 165,5 ± 1,4 </td><td> 383,5 ± 2,6 </td><td> 696,8 ± 4,9 </td><td> 3,4 ± 0,08 </td></tr></tbody></table> Tabela 1. Volume ponderada diâmetros (médias ± desvios-padrão em três medições repetidas) para 2015 e 4015 leque plano de bicos de pulverização aérea operados a pressões de spray de 207 e 414 kPa e em velocidades de 53,6, 62,6 e 71,5 m / seg. <table border="1" fo:keep-together.within-page = &quot;1&quot; fo: manter-com-next.within-page = &quot;always&quot;&gt; <tbody><tr><td rowspan="2"> Bocal </td><td rowspan="2"> Pressão (kPa) </td><td colspan="3"> Volume Weighted diâmetros (mm) [média ± St. Dev.] </td><td rowspan="2"> Percentagem de Spray Volume Menos de 100 mm </td></tr><tr><td> D V0.1 </td><td> D V0.5 </td><td> D V0.9 </td></tr><tr><td rowspan="2"> XRC11005 </td><td> 276 </td><td> 115,1 ± 2,1 </td><td> 268,2 ± 5,6 </td><td> 451,0 ± 18,0 </td><td> 7,2 ± 0,28 </td></tr><tr><td> 414 </td><td> 101,0 ± 0,0 </td><td> 244,2 ± 0,7 </td><td> 424,3 ± 4,3 </td><td> 9,8 ± 0,01 </td></tr><tr><td rowspan="2"> AI11005 </td><td> 276 </td><td> 227,6 ± 1,9 </td><td> 468,9 ± 4,1 </td><td> 763,0 ± 22,0 </td><td> 1,1 ± 0,03 </td></tr><tr><td> 414 </td><td> 183,4 &amp; #177; 0,6 </td><td> 399,6 ± 0,9 </td><td> 668,6 ± 2,5 </td><td> 2,2 ± 0,05 </td></tr><tr><td rowspan="2"> TTI11005 </td><td> 276 </td><td> 365,3 ± 5,3 </td><td> 711,9 ± 16,9 </td><td> 1013,8 ± 26,1 </td><td> 0,1 ± 0,00 </td></tr><tr><td> 414 </td><td> 311,5 ± 4.0 </td><td> 645,7 ± 12,3 </td><td> 992,7 ± 24,7 </td><td> 0,2 ± 0,01 </td></tr></tbody></table> Tabela 2. ponderada por volumes de diâmetros (médias ± desvios-padrão em três medições repetidas) por três bicos de pulverização do solo (XRC11005, AI11005 e TTI11005) operado a pressões de spray de 276 e 414 kPa.

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Measuring Spray Droplet Size from Agricultural Nozzles Using Laser Diffraction

Apresentamos protocolos a serem utilizados na medição do tamanho das gotas de pulverização de bicos agrícolas utilizadas tanto em aplicações agroquímicas baseados aéreas e no solo. Estes métodos apresentados foram desenvolvidos para fornecer dados de tamanho de gotícula consistente e reproduzível tanto inter- e intra-laboratorial, quando se utiliza sistemas de difracção a laser.

Medir o tamanho do pulverizador Gota de bicos agrícolas Usando Laser Difração

When making an application of any crop protection material such as an herbicide or pesticide, the applicator uses a variety of skills and information to ...

measuring-spray-droplet-size-from-agricultural-nozzles-using-laser

Nanyang Technological University

Research

JoVE Journal

Engineering

16.9K visualizações.  USDA ARS.  Apresentamos protocolos a serem utilizados na medição do tamanho das gotas de pulverização de bicos agrícolas utilizadas tanto em aplicações agroquímicas baseados aéreas e no solo. Estes métodos apresentados foram desenvolvidos para fornecer dados de tamanho de gotícula consistente e reproduzível tanto inter- e intra-laboratorial, quando se utiliza sistemas de difracção a laser. 

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Synthesis of Phase-shift Nanoemulsions with Narrow Size Distributions for Acoustic Droplet Vaporization and Bubble-enhanced Ultrasound-mediated Ablation

High-intensity focused ultrasound (HIFU) is used clinically to thermally ablate tumors. To enhance localized heating and improve thermal ablation in tumors, lipid-coated perfluorocarbon droplets have been developed which can be vaporized by HIFU. The vasculature in many tumors is abnormally leaky due to their rapid growth, and nanoparticles are able to penetrate the fenestrations and passively accumulate within tumors. Thus, controlling the size of the droplets can result in better accumulation within tumors. In this report, the preparation of stable droplets in a phase-shift nanoemulsion (PSNE) with a narrow size distribution is described. PSNE were synthesized by sonicating a lipid solution in the presence of liquid perfluorocarbon. A narrow size distribution was obtained by extruding the PSNE multiple times using filters with pore sizes of 100 or 200 nm. The size distribution was measured over a 7-day period using dynamic light scattering. Polyacrylamide hydrogels containing PSNE were prepared for in vitro experiments. PSNE droplets in the hydrogels were vaporized with ultrasound and the resulting bubbles enhanced localized heating. Vaporized PSNE enables more rapid heating and also reduces the ultrasound intensity needed for thermal ablation. Thus, PSNE is expected to enhance thermal ablation in tumors, potentially improving therapeutic outcomes of HIFU-mediated thermal ablation treatments.

Phase-shift nanoemulsions (PSNE) can be vaporized using high intensity focused ultrasound to enhance localized heating and improve thermal ablation in tumors. In this report, the preparation of stable PSNE with a narrow size distribution is described. Furthermore, the impact of vaporized PSNE on ultrasound-mediated ablation is demonstrated in tissue-mimicking phantoms.

Síntese de mudança de fase Nanoemulsões com distribuição de tamanho estreita para vaporização Droplet Acústico e Bubble avançada ablação por ultrassom mediada

High-intensity  focused ultrasound (HIFU) is used clinically to thermally ablate tumors. To  enhance localized heating and improve thermal ablation in ...

Engenharia

Measuring Spatially- and Directionally-varying Light Scattering from Biological Material

Light interacts with an organism's integument on a variety of spatial scales. For example in an iridescent bird: nano-scale structures produce color; the milli-scale structure of barbs and barbules largely determines the directional pattern of reflected light; and through the macro-scale spatial structure of overlapping, curved feathers, these directional effects create the visual texture. Milli-scale and macro-scale effects determine where on the organism's body, and from what viewpoints and under what illumination, the iridescent colors are seen. Thus, the highly directional flash of brilliant color from the iridescent throat of a hummingbird is inadequately explained by its nano-scale structure alone and questions remain. From a given observation point, which milli-scale elements of the feather are oriented to reflect strongly? Do some species produce broader "windows" for observation of iridescence than others? These and similar questions may be asked about any organisms that have evolved a particular surface appearance for signaling, camouflage, or other reasons.
In order to study the directional patterns of light scattering from feathers, and their relationship to the bird's milli-scale morphology, we developed a protocol for measuring light scattered from biological materials using many high-resolution photographs taken with varying illumination and viewing directions. Since we measure scattered light as a function of direction, we can observe the characteristic features in the directional distribution of light scattered from that particular feather, and because barbs and barbules are resolved in our images, we can clearly attribute the directional features to these different milli-scale structures. Keeping the specimen intact preserves the gross-scale scattering behavior seen in nature. The method described here presents a generalized protocol for analyzing spatially- and directionally-varying light scattering from complex biological materials at multiple structural scales.

We present a non-destructive method for sampling spatial variation in the direction of light scattered from structurally complex materials. By keeping the material intact, we preserve gross-scale scattering behavior, while concurrently capturing fine-scale directional contributions with high-resolution imaging. Results are visualized in software at biologically-relevant positions and scales.

Medindo espacialmente e direcional variando espalhamento de luz a partir de Material Biológico

Light interacts with an organism's integument on a variety of spatial scales. For example in an iridescent bird: nano-scale structures produce color; the ...

In Situ Neutron Powder Diffraction Using Custom-made Lithium-ion Batteries

Li-ion batteries are widely used in portable electronic devices and are considered as promising candidates for higher-energy applications such as electric vehicles.1,2 However, many challenges, such as energy density and battery lifetimes, need to be overcome before this particular battery technology can be widely implemented in such applications.3 This research is challenging, and we outline a method to address these challenges using in situ NPD to probe the crystal structure of electrodes undergoing electrochemical cycling (charge/discharge) in a battery. NPD data help determine the underlying structural mechanism responsible for a range of electrode properties, and this information can direct the development of better electrodes and batteries.
We briefly review six types of battery designs custom-made for NPD experiments and detail the method to construct the &#8216;roll-over&#8217; cell that we have successfully used on the high-intensity NPD instrument, WOMBAT, at the Australian Nuclear Science and Technology Organisation (ANSTO). The design considerations and materials used for cell construction are discussed in conjunction with aspects of the actual in situ NPD experiment and initial directions are presented on how to analyze such complex in situ data.

In Situ Neutron Powder Diffraction Using Custom-made Lithium-ion Batteries

We describe the design and construction of an electrochemical cell for the examination of electrode materials using in situ neutron powder diffraction (NPD). We briefly comment on alternate in situ NPD cell designs and discuss methods for the analysis of the corresponding in situ NPD data produced using this cell.

In Situ Neutron Powder Diffraction uso das baterias de íon-lítio sob medida

Li-ion batteries are widely used in portable electronic devices and are considered as promising candidates for higher-energy applications such as electric ...

Characterization of Nanocrystal Size Distribution using Raman Spectroscopy with a Multi-particle Phonon Confinement Model

Analysis of the size distribution of nanocrystals is a critical requirement for the processing and optimization of their size-dependent properties. The common techniques used for the size analysis are transmission electron microscopy (TEM), X-ray diffraction (XRD) and photoluminescence spectroscopy (PL). These techniques, however, are not suitable for analyzing the nanocrystal size distribution in a fast, non-destructive and a reliable manner at the same time. Our aim in this work is to demonstrate that size distribution of semiconductor nanocrystals that are subject to size-dependent phonon confinement effects, can be quantitatively estimated in a non-destructive, fast and reliable manner using Raman spectroscopy. Moreover, mixed size distributions can be separately probed, and their respective volumetric ratios can be estimated using this technique. In order to analyze the size distribution, we have formulized an analytical expression of one-particle PCM and projected it onto a generic distribution function that will represent the size distribution of analyzed nanocrystal. As a model experiment, we have analyzed the size distribution of free-standing silicon nanocrystals (Si-NCs) with multi-modal size distributions. The estimated size distributions are in excellent agreement with TEM and PL results, revealing the reliability of our model.

We demonstrate how to determine the size distribution of semiconductor nanocrystals in a quantitative manner using Raman spectroscopy employing an analytically defined multi-particle phonon confinement model. Results obtained are in excellent agreement with the other size analysis techniques like transmission electron microscopy and photoluminescence spectroscopy.

Caracterização de nanocristal Tamanho Distribution utilizando Espectroscopia Raman com um Multi-partícula Phonon Confinamento Modelo

Analysis of the size distribution of nanocrystals is a critical requirement for the processing and optimization of their size-dependent properties. The ...

Compact Lens-less Digital Holographic Microscope for MEMS Inspection and Characterization

A micro-electro-mechanical-system (MEMS) is a widely used component in many industries, including energy, biotechnology, medical, communications, and automotive. However, effective inspection and characterization metrology systems are needed to ensure the functional reliability of MEMS. This study presents a system based on digital holography as a tool for MEMS metrology. Digital holography has gained increasing attention in the past 20 years. With the fast development and decreasing cost of sensor arrays, resolution of such systems has increased broadening potential applications. Thus, it has attracted attention from both research and industry sides as a potential reliable tool for industrial metrology. Indeed, by recording the interference pattern between an object beam (which contains sample height information) and a reference beam on a CCD camera, one can retrieve the quantitative phase information of an object. However, most of digital holographic systems are bulky and thus not easy to implement on industry production lines. The novelty of the system presented is that it is lens-less and thus very compact. In this study, it is shown that the Compact Digital Holographic Microscope (CDHM) can be used to evaluate several characteristics typically consider as criteria in MEMS inspections. The surface profiles of MEMS in both static and dynamic conditions are presented. Comparison with AFM is investigated to validate the accuracy of the CDHM.

We present a compact reflection digital holographic system (CDHM) for inspection and characterization of MEMS devices. A lens-less design using a diverging input wave providing natural geometrical magnification is demonstrated. Both static and dynamic studies are presented.

Compact Lens-less Digital Holographic Microscope de Inspeção MEMS e Caracterização

A micro-electro-mechanical-system (MEMS) is a widely used component in many industries, including energy, biotechnology, medical, communications, and ...

Automation of Mode Locking in a Nonlinear Polarization Rotation Fiber Laser through Output Polarization Measurements

When a laser is mode-locked, it emits a train of ultra-short pulses at a repetition rate determined by the laser cavity length. This article outlines a new and inexpensive procedure to force mode locking in a pre-adjusted nonlinear polarization rotation fiber laser. This procedure is based on the detection of a sudden change in the output polarization state when mode locking occurs. This change is used to command the alignment of the intra-cavity polarization controller in order to find mode-locking conditions. More specifically, the value of the first Stokes parameter varies when the angle of the polarization controller is swept and, moreover, it undergoes an abrupt variation when the laser enters the mode-locked state. Monitoring this abrupt variation provides a practical easy-to-detect signal that can be used to command the alignment of the polarization controller and drive the laser towards mode locking. This monitoring is achieved by feeding a small portion of the signal to a polarization analyzer measuring the first Stokes parameter. A sudden change in the read out of this parameter from the analyzer will occur when the laser enters the mode-locked state. At this moment, the required angle of the polarization controller is kept fixed. The alignment is completed. This procedure provides an alternate way to existing automating procedures that use equipment such as an optical spectrum analyzer, an RF spectrum analyzer, a photodiode connected to an electronic pulse-counter or a nonlinear detecting scheme based on two-photon absorption or second harmonic generation. It is suitable for lasers mode locked by nonlinear polarization rotation. It is relatively easy to implement, it requires inexpensive means, especially at a wavelength of 1550 nm, and it lowers the production and operation costs incurred in comparison to the above-mentioned techniques.

A protocol to detect and automate mode locking in a pre-adjusted nonlinear polarization rotation fiber laser is presented. The detection of a sudden change in the output polarization state when mode locking occurs is used to command the alignment of an intra-cavity polarization controller in order to find mode-locking conditions.

Automação de Modo de bloqueio em uma rotação do laser da fibra não-linear de polarização através de medidas de polarização de saída

When a laser is mode-locked, it emits a train of ultra-short pulses at a repetition rate determined by the laser cavity length. This article outlines a ...

Characterization of Ultra-fine Grained and Nanocrystalline Materials Using Transmission Kikuchi Diffraction

One of the challenges in microstructure analysis nowadays resides in the reliable and accurate characterization of ultra-fine grained (UFG) and nanocrystalline materials. The traditional techniques associated with scanning electron microscopy (SEM), such as electron backscatter diffraction (EBSD), do not possess the required spatial resolution due to the large interaction volume between the electrons from the beam and the atoms of the material. Transmission electron microscopy (TEM) has the required spatial resolution. However, due to a lack of automation in the analysis system, the rate of data acquisition is slow which limits the area of the specimen that can be characterized. This paper presents a new characterization technique, Transmission Kikuchi Diffraction (TKD), which enables the analysis of the microstructure of UFG and nanocrystalline materials using an SEM equipped with a standard EBSD system. The spatial resolution of this technique can reach 2 nm. This technique can be applied to a large range of materials that would be difficult to analyze using traditional EBSD. After presenting the experimental set up and describing the different steps necessary to realize a TKD analysis, examples of its use on metal alloys and minerals are shown to illustrate the resolution of the technique and its flexibility in term of material to be characterized.

This paper provides a detailed method to characterize the microstructure of ultra-fine grained and nanocrystalline materials using a scanning electron microscope equipped with a standard electron backscatter diffraction system. Metal alloys and minerals presenting refined microstructures are analyzed using this technique, showing the diversity of its possible applications.

Caracterização de Ultra-grão fino e nanocristalinos Materiais Usando Transmissão Kikuchi Diffraction

One of the challenges in microstructure analysis nowadays resides in the reliable and accurate characterization of ultra-fine grained (UFG) and ...

Subsurface Defect Localization by Structured Heating Using Laser Projected Photothermal Thermography

The presented method is used to locate subsurface defects oriented perpendicularly to the surface. To achieve this, we create destructively interfering thermal wave fields that are disturbed by the defect. This effect is measured and used to locate the defect. We form the destructively interfering wave fields by using a modified projector. The original light engine of the projector is replaced with a fiber-coupled high-power diode laser. Its beam is shaped and aligned to the projector&#39;s spatial light modulator and optimized for optimal optical throughput and homogeneous projection by first characterizing the beam profile, and, second, correcting it mechanically and numerically. A high-performance infrared (IR) camera is set up according to the tight geometrical situation (including corrections of the geometrical image distortions) and the requirement to detect weak temperature oscillations at the sample surface. Data acquisition can be performed once a synchronization between the individual thermal wave field sources, the scanning stage, and the IR camera is established by using a dedicated experimental setup which needs to be tuned to the specific material being investigated. During data post-processing, the relevant information on the presence of a defect below the surface of the sample is extracted. It is retrieved from the oscillating part of the acquired thermal radiation coming from the so-called depletion line of the sample surface. The exact location of the defect is deduced from the analysis of the spatial-temporal shape of these oscillations in a final step. The method is reference-free and very sensitive to changes within the thermal wave field. So far, the method has been tested with steel samples but is applicable to different materials as well, in particular to temperature sensitive materials.

This method aims at locating vertical subsurface defects. Here, we couple a laser with a spatial light modulator and trigger its video input to heat a sample surface deterministically with two anti-phased modulated lines while acquiring highly resolved thermal images. The defect position is retrieved from evaluating thermal wave interference minima.

Localização de Defeitos Subsuperficiais por Aquecimento Estruturado usando a Termografia Fototérmica Projetada a Laser

The presented method is used to locate subsurface defects oriented perpendicularly to the surface. To achieve this, we create destructively interfering ...

Fourier-Based Diffraction Analysis of Live Caenorhabditis elegans

This manuscript describes how to classify nematodes using temporal far-field diffraction signatures. A single C. elegans is suspended in a water column inside an optical cuvette. A 632 nm continuous wave HeNe laser is directed through the cuvette using front surface mirrors. A significant distance of at least 20-30 cm traveled after the light passes through the cuvette ensures a useful far-field (Fraunhofer) diffraction pattern. The diffraction pattern changes in real time as the nematode swims within the laser beam. The photodiode is placed off-center in the diffraction pattern. The voltage signal from the photodiode is observed in real time and recorded using a digital oscilloscope. This process is repeated for 139 wild type and 108 &#34;roller&#34; C. elegans. Wild type worms exhibit a rapid oscillation pattern in solution. The &#34;roller&#34; worms have a mutation in a key component of the cuticle that interferes with smooth locomotion. Time intervals that are not free of saturation and inactivity are discarded. It is practical to divide each average by its maximum to compare relative intensities. The signal for each worm is Fourier transformed so that the frequency pattern for each worm emerges. The signal for each type of worm is averaged. The averaged Fourier spectra for the wild type and the &#34;roller&#34; C. elegans are distinctly different and reveal that the dynamic worm shapes of the two different worm strains can be distinguished using Fourier analysis. The Fourier spectra of each worm strain match an approximate model using two different binary worm shapes that correspond to locomotory moments. The envelope of the averaged frequency distribution for actual and modeled worms confirms the model matches the data. This method can serve as a baseline for Fourier analysis for many microscopic species, as every microorganism will have its unique Fourier spectrum.

Fourier-Based Diffraction Analysis of Live Caenorhabditis elegans

This manuscript describes how to distinguish different nematodes using far-field diffraction signatures. We compare the locomotion of 139 wild type and 108 &#34;Roller&#34; C. elegans by averaging frequencies associated with the temporal Fraunhofer diffraction signature at a single location using a continuous wave laser.

Fourier-com base em análise de difração de viver Caenorhabditis elegans

This manuscript describes how to classify nematodes using temporal far-field diffraction signatures. A single C. elegans is suspended in a water column ...

Femtosecond Laser Filaments for Use in Sub-Diffraction-Limited Imaging and Remote Sensing

Probing remote matter with laser light is a ubiquitous technique used in circumstances as diverse as laser-induced breakdown spectroscopy and barcode scanners. In classical optics, the intensity that can be brought to bear on a remote target is limited by the spot size of the laser at the distance of the target. This spot size has a lower bound determined by the diffraction limit of classical optics. However, amplified femtosecond laser pulses generate intensity sufficient to modify the refractive index of the ambient air and undergo self-focusing. This self-focusing effect leads to the generation of highly intense laser filaments which maintain their intensity and small sub-millimeter diameter size at distances well beyond the classical Rayleigh length. Such intensity provides the capability of remote scanning, imaging, sensing, and spectroscopy with enhanced spatial resolution. We describe a technique for generating filaments with a femtosecond regenerative chirped-pulse amplifier, and for using the resulting filament to conduct imaging and spectroscopic measurements at remote distances of at least several meters.

High-intensity femtosecond pulses of laser light can undergo cycles of Kerr self-focusing and plasma defocusing, propagating an intense sub-millimeter-diameter beam over long distances. We describe a technique for generating and using these filaments to perform remote imaging and sensing beyond the classical diffraction limits of linear optics.

Filamentos de Femtosecond Laser para uso em Sub-Diffraction-Limited imagens e sensoriamento remoto

Probing remote matter with laser light is a ubiquitous technique used in circumstances as diverse as laser-induced breakdown spectroscopy and barcode ...