(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210838061.X (22)申请日 2022.07.17 (71)申请人 福建农林大 学 地址 350002 福建省福州市仓山区上 下店 路15号 (72)发明人 吴淑一　曾锈华　庞杰　邱仁辉　 陈婕　杨艳　刘微　 (74)专利代理 机构 福州元创专利商标代理有限 公司 35100 专利代理师 黄诗锦　蔡学俊 (51)Int.Cl. G01N 3/10(2006.01) G01N 3/02(2006.01) (54)发明名称 一种实时测量球状软材料力学性能的装置 及其工作方法 (57)摘要 本发明提供一种实时测量球状软材料力学 性能的装置， 包括依次设置的流体驱动器、 第一 导管、 观测装置和收集杯， 所述观察装置内设有 具有特殊结构的沟道， 所述流体驱动器与沟道之 间经第一导管连接， 所述沟道与收集杯之间经第 二导管连接， 用以通过流体驱动器的流体动力将 球状软材料驱动到沟道中， 实现球状软材料力学 性能的实时测量。 本发明设计合理， 操作方便， 可 实时测量力学性能变化的软材料、 可测量液相环 境中的软 材料、 测量速度快、 测量结果 准确。 权利要求书1页 说明书7页 附图11页 CN 115219336 A 2022.10.21 CN 115219336 A 1.一种实时测量球状软材料力学性能的装置， 其特征在于， 包括依次设置的流体驱动 器、 第一导管、 观测装置和收集杯， 所述观察装置内设有具有特殊结构的沟道， 所述流体驱 动器与沟道之间经第一导管连接， 所述沟道与收集杯之间经第二导管连接， 用以通过流体 驱动器的流体动力将球 状软材料驱动到沟道中， 实现球 状软材料力学性能的实时测量。 2.根据权利要求1所述的一种实时测量球状软材料力学性 能的装置， 其特征在于， 所述 流体驱动器为注射泵、 液压泵、 气压泵和蠕动泵。 3.根据权利要求2所述的一种实时测量球状软材料力学性 能的装置， 其特征在于， 所述 流体驱动器为注射泵， 注射泵的工作端设有注射器， 注射器的内部设有NaCl溶 液。 4.根据权利要求1所述的一种实时测量球状软材料力学性 能的装置， 其特征在于， 具有 特殊结构的沟道包括 “T”型沟道、 鞘流沟道、 十字形沟道、 收缩型沟道、 窄缝形沟道中的一种 或多种， 沟道的壁 面能够在流体加载作用下对球 状软材料施加作用力。 5.根据权利要求4所述的一种实时测量球状软材料力学性 能的装置， 其特征在于， 所述 沟道两侧分别 设有第一导管槽和第二导管槽， 所述沟道为收缩型沟道， 收缩型沟道左侧部 的宽度保持不变， 收缩型沟道 右侧部的宽度依次减小。 6.一种利用如权利要求1 ‑5任一所述的一种实时测量球状软材料力学性 能的装置的工 作方法， 其特征在于， 流体驱动器的流体力将 球状软材料驱动置具有 特殊结构的沟道中， 通 过数值模拟分析获得球状软材料在沟道中的变形信息和流场信息， 确定球状软材料的力学 性能。 7.根据权利要求6所述的一种实时测量球状软材料力学性能的装置的工作方法， 其特 征在于， 变形信息包括球状软材料在沟道中达到受力平衡时的位置和变形、 球状软材料在 沟道中运动的速度和变形的一种或多种， 其中优选测量球状软材料在沟道中的受力平衡位 置及其在该处的变形量。 8.根据权利要求6所述的一种实时测量球状软材料力学性能的装置的工作方法， 其特 征在于， 所述 流场信息包括沟道 尺寸、 流场速度和流场压力分布。 9.根据权利要求6所述的一种实时测量球状软材料力学性能的装置的工作方法， 其特 征在于， 数值模拟分析存在两种方式： （1） 通过流固耦合模拟根据球状软材料变形信息和流 场信息， 确定球状软材料力学性能； （2） 先通过流体力学模拟计算球状水凝胶所受的流体 力， 再通过固体力学模拟计算球 状软材料力学性能。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115219336 A 2一种实时测量球状软材料力学性能的装 置及其工作方 法 技术领域 [0001]本发明涉及一种实时测量球 状软材料力学性能的装置及其工作方法。 背景技术 [0002]近年来， 球状软材料的开发、 优化和应用得到广 泛关注。 球状水凝胶材料已广泛应 用于食品工业、 生物、 医药等领域。 在球状软材料的应用过程中， 球状软材料 的力学性能需 要与其应用环境的力学性能相匹配， 例如可注射球状软材料力学性能需要与血细胞力学性 能相近； 可食用球状软材料力学性能需要与肠胃组织力学性能相 近； 用于组织培养的球状 软材料力学性能需要与特定组织的力学性能相近 。 [0003]然而， 目前仍然缺乏一种合适的实时定量检测球状软材料力学性能的装置， 现有 的测量方法， 例如流变仪、 质构分析仪和力学测量机， 难以实现上述功能， 主要的难点如下： （1） 在测量过程中很难固定低模量、 高变形能力的球状软材料； （2） 需要施加可精确调节并 且相对温和的力， 从而实现对球状软材料的加载； （3） 球状软材料的应用过程中往往伴随力 学性能的变化， 如 软材料的解构 （Zhao,  Z， 2021， DOI： 10.1021/acsnano.1c02147） ， 对力学 性能变化的球状软材料进行力学性能的实时测量具有挑战性； （4） 诸如水凝胶等软材料 的 应用环境经常为水相环境， 传统测量方法往往无法在水相环境中实现软材料力学性能测 量， 并且会由于力加载 过程中出现水凝胶材 料中的水分逸出， 导 致测量精度受限。 发明内容 [0004]本发明对上述问题进行了改进， 即本发明要解决的技术问题是提供一种实时测量 球状软材料力学性能的装置， 使用方便， 可实时测量力学性能变化的球状软材料， 可测量液 相环境中的球状软材料， 测量速度快、 测量结果准确， 解决现有力学性能技术操作复杂， 测 量误差大的问题。 [0005]本发明的具体实施方案是这样构成的， 它包括依次设置的流体驱动器、 第一导管、 观测装置和收集杯， 所述观察装置内设有具有特殊结构的沟道， 所述流体驱动器与沟道之 间经第一导管连接， 所述沟道与收集杯之间经第二导管连接， 用以通过流体驱动器的流体 动力将球 状软材料驱动到沟道中， 实现球 状软材料力学性能的实时测量。 [0006]进一步的， 所述 流体驱动器为注射泵、 液压泵、 气压泵和蠕动泵。 [0007]进一步的， 所述流体驱动器为注射泵， 注射泵的工作端 设有注射器， 注射器的内部 设有NaCl溶 液。 [0008]进一步的， 具有特殊结构的沟道包括 “T”型沟道、 鞘流沟道、 十字形沟道、 收缩型沟 道、 窄缝形沟道中的一种或多种， 沟道的壁面能够在流体加载作用下对球状软材料施加作 用力。 [0009]进一步的， 所述沟道两侧 分别设有第一导管槽和第二导管槽， 所述沟道为收缩型 沟道， 收缩型沟道左侧部的宽度保持不变， 收缩型沟道 右侧部的宽度依次减小。 [0010]进一步的， 一种实时测量球状软材料力学性能的装置的工作方法， 其特征在于， 流说　明　书 1/7 页 3 CN 115219336 A 3