由于新型电容式传感器阵列技术的灵敏度和分辨率不断提高，致力于流体和气体喷雾应用的设计人员现在获得了关于颗粒影响、分布和积累的有价值的见解和信息，这些信息是以前使用传统技术无法测量的。有了这些信息，制造商通过改进产品设计和制造，以及更复杂的测试和表征，获得直接的竞争优势。
浪花，溪流和薄雾
测量广泛的喷雾冲击压力和分布模式的能力直接适用于各种工业应用领域，包括工业喷嘴，油漆或聚氨酯喷枪，淋浴头，汽车雨刷液分配器，胡椒喷雾分配器和医疗设备的设计和制造。
然而，直到最近，在这些应用领域工作的设计师还在努力准确量化流体或气体喷雾的颗粒分布和冲击压力。这直接影响了关键的业务和环境因素，例如淋浴喷头的舒适性，以及与最佳喷漆量相关的飞机燃油节省。在这些应用中，影响喷雾测量准确性和可行性的一个重大挑战是直接影响该过程的广泛和大范围参数。这些因素包括液滴大小、液滴质量、颗粒密度和粘度，每一项在所需功能和整体应用之间都有很大差异。例如，用于大面积工业应用的大炮式油漆喷雾器与医疗保健中用于伤口的精细凝血喷雾有很大不同。
与此类测量相关的另一个主要挑战是力和压力传感器技术的传统局限性。典型的力传感器在一个离散的位置测量一个值。尽管存在更复杂的传感器阵列，但基本的电阻技术方法可能具有较大的传感间隙，并且不够灵敏，无法测量在喷雾液滴测绘和传感中遇到的微小压力水平。
现在，更准确、稳定和可重复的基于电容的触觉传感器阵列可用，可以测量感兴趣区域的广泛压力值。这项创新技术为工程师、设计师和研究人员提供了前所未有的、可量化的喷涂模式和分布数据，从而促进了产品和工艺优化。
测试与评估
喷雾测试一般可分为两个不同的类别:第一，压力或冲击测量，第二，喷雾分布(模式)评估。根据测试类型的不同，在确定流的总压力或颗粒积聚时，运行时间可能发挥关键作用，例如，在评估喷射后喷嘴的滴落时。
传统上，直到最近，用于喷雾测试和测量的方法都非常原始，不灵敏，不容易记录。例如，喷雾模式评估通常涉及将液体喷在纸或纸巾上进行视觉检查，而冲击力通常使用压力板和重量秤来测量，这些重量秤随着时间的推移而积累液滴质量。
“目前还没有很多工具可以充分测量喷雾压力和分布，特别是在较低的压力水平下，”压力剖面系统(PPS)总裁Jae Son博士说，PPS是提供电容触觉传感解决方案的世界领导者。
然而，随着最近传感器阵列和数据采集技术的进步，越来越多的公司投入大量资金开发最先进的研究和设计设施，以捕捉喷射模式和压力信息，以便将这些信息转化为更好的产品体验。
电容式传感器阵列
能够精确和可重复测量这些精细喷雾信息的是敏感的电容触觉传感器阵列，例如由PPS设计和制造的那些。他们的薄，灵活和舒适的触觉阵列传感器可以放置在平面和复杂形状的物体上，允许直接在最终着陆区域测量喷雾压力和模式。
为了构建触觉阵列传感器，PPS将电极排列成正交的重叠条带。在电极重叠的每个点上形成一个不同的电容器。通过选择性地扫描单行和单列，测量该位置的电容，从而测量局部压力。
PPS阵列传感器拥有多达8192个集成传感元件，可测量小至10 Pa的压力，可实现喷雾压力模式的超细分辨率捕获。这大约是体积为1毫米的水滴喷射到表面上所施加的压力3.．
要充分了解液滴尺寸与传感元件面积的比例及其影响，必须仔细考虑。考虑到喷雾测量应用中遇到的小压力，许多设计参数进行了优化，以创建灵敏度最高的传感器。由于压力是力除以面积的测量，当考虑单个喷雾液滴时，由液滴质量和动量决定的冲击力在表面上产生的压力，随着冲击面积的增加而明显减小。因此，为了最大限度地提高灵敏度并帮助整体测量精度，传感器元件面积和后续元件校准等参数对整体测量成功起着至关重要的作用。PPS在传感器设计和制造方面的能力允许小至1 x 1毫米的元件，具有极其稳定的机械性能，能够成功和准确地长期重复使用。另一种方法是结合力传感器来获得准确的总力，同时通过电容式压力阵列传感器捕获压力分布。
喷雾压力和图案测量的另一个关键考虑因素是离散粒子撞击表面的速度潜在不匹配以及测量系统的传感采集速率。这些参数之间可能存在数量级的差异，因此，在考虑高速流时，必须仔细考虑并小心地了解撞击点上事件的时间和顺序。幸运的是，PPS内部创新的电子和通信发展大大提高了现代高性能压力传感器的速率，现在可以实现超过200 Hz的采样速度。
因此，根据Son博士的说法，PPS传感器技术可以捕获的喷雾测量包括细喷雾颗粒产生的冲击压力、喷雾在表面的分布以及随着时间的推移流体或雾的积累。
影响
产品设计师和工艺工程师可能需要知道粒子撞击表面所产生的冲击或压力。例如，客户会拒绝一种油漆剥离产品，因为它的压力会破坏下面的木材。
为了测量喷雾，电容式传感器阵列集成了随时间累积的影响，并处理产生的数据来评估总压力。
例如，在考虑淋浴喷头设计时，压力问题涉及到测量水流。实际上，这些流并不是连续的。相反，它们是由以高速运动的单个水滴组成的。通过测量水滴在一段时间内的累积影响，可以推导出总体水压。
例如，在汽车测试中，冲击压力测试也被用于确定当汽车以不同速度驶过水坑时，喷射到发动机舱的水的峰值压力和分布。这些信息直接告诉设计师和工程师，水敏感部件(如散热器、悬架和排气管)的最佳位置，以便长期成功运行。
“当汽车行驶在大水坑上时，大量的水会溅到发动机舱里，造成很大的损坏，”孙正义说。在职业生涯早期，他参与了一个保护汽车变速箱不受这类事故影响的项目。
在日本Syscom公司进行的测试中，模拟了这种情况，并收集了数据，试图确定可能需要加固结构或保护挡板、改进防腐蚀涂层，甚至可能需要重新定位部件的车身下部区域。
据该项目的工程师Fujimi Sakamoto说，他们利用飞溅测试池来模拟水坑。在测试过程中，改变了几个变量，包括水位深度、行驶速度和轮胎胎面状况(新的或磨损的)。
在之前的测试中，使用直径约10毫米的小型单点压力传感器来测量水的冲击压力。然而，即使在不同的位置和发动机部件上放置了几个传感器，也很难确定峰值水压。此外，传感器的高度(20毫米)干扰了一些水流。
除了提供一个高分辨率的阵列，可以测量数千个点，坂本说，他还赞赏PPS的触觉阵列非常薄，所以它不会干扰实验。
喷雾模式
除了传统的压力传感功能外，电容式传感器阵列还能够进行喷雾模式传感。喷雾模式传感是将空气表面的电学性质与喷雾表面的电学性质进行比较而发展起来的一个新概念。因此，触觉压力传感器技术能够识别喷射流体实际落在何处。
这样的数字测量信息可以实时可视化地查看，使设计人员和工程师能够分析数据，更好地了解当前喷雾分布。这直接使他们能够快速有效地改进和修改产品设计，以达到最佳效果。
积累
高灵敏度触觉传感器还允许设计人员量化喷涂压力数据，即使在涉及极低压力的应用中。孙博士说，传统上难以测量的是光谱中的低压一端。这也延伸到雾——悬浮在大气中的微小水滴——那里的压力非常低，根本难以测量。在某些情况下，即使使用高度敏感的薄膜型传感器，也没有足够的压力来测量。
电容阵列传感器技术能够评估喷雾分布，即使是在压力无穷小的应用场合，例如与擦拭动作相关的轻水分分布。在这种类型的测试中，测量可以量化有多少流体沉积在传感器上以及以何种模式沉积。特别是，这种方法最适用于以均匀分布(而非均匀压力)为主要测试目标的情况。
传感器阵列技术非常灵敏，每平方米可以测量到一克液体。“随着传感器的灵敏度，我们在非常真实的意义上接近压力的边界极限，”孙博士说。
尽管触觉阵列技术取得了进步，但在尺寸、分辨率和速度之间仍然存在权衡，这限制了在最高分辨率和采样率下可以测量的区域。
然而，随着触觉传感器的不断发展和变得更加灵敏，在低得多的压力下精密测量液体和气体的压力将成为可能。
孙博士表示，下一个前沿领域是开发可以测量极低压气流的电容式触觉传感器，这将开辟许多新的潜在应用。
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