[發(fā)明專利]超導(dǎo)磁體模擬微重力環(huán)境下接觸角測(cè)量裝置及其方法

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110399880.0
• 申請(qǐng)日: 2011-12-06
• 公開（公告）號(hào): CN102564905A
• 公開（公告）日: 2012-07-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 尹大川;劉永明;施建宇;鹿芹芹;郭云珠;陳瑞卿
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西北工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N13/00
• 分類號(hào): G01N13/00
• 代理公司: 西北工業(yè)大學(xué)專利中心 61204
• 代理人: 顧潮琪

1.一種超導(dǎo)磁體模擬微重力環(huán)境下接觸角測(cè)量裝置，包括密閉腔室、CCD觀測(cè)系統(tǒng)、進(jìn)液系統(tǒng)、照明系統(tǒng)和樣品夾系統(tǒng)，其特征在于：密閉腔室是由密封罩圍成一個(gè)密閉空間，一端有玻璃視窗，CCD觀測(cè)系統(tǒng)置于玻璃視窗外部，實(shí)時(shí)觀測(cè)和捕捉圖像；進(jìn)液系統(tǒng)包括螺紋推桿、進(jìn)樣器、連接軟管和針頭，注射器固定在密閉腔室內(nèi)，通過旋轉(zhuǎn)螺紋推桿實(shí)現(xiàn)注射器推桿的推拉，進(jìn)而完成液體的擠出與吸入，注射器出口通過連接軟管連接針頭；照明系統(tǒng)安裝在密閉腔室底部，照明系統(tǒng)的光源正上方依次是樣品夾和針頭，針頭的針尖垂直于樣品夾。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超導(dǎo)磁體模擬微重力環(huán)境下接觸角測(cè)量裝置，其特征在于：所述的樣品夾系統(tǒng)包括角度調(diào)節(jié)桿旋鈕、樣品夾、角度調(diào)節(jié)桿、小齒輪、扇形齒輪和樣品夾固定桿，角度調(diào)節(jié)桿一端固連角度調(diào)節(jié)桿旋鈕，另一端固連小齒輪，小齒輪與扇形齒輪嚙合，扇形齒輪的圓心位置固連樣品夾固定桿的一端，樣品夾固定桿與樣品夾固連；轉(zhuǎn)動(dòng)角度調(diào)節(jié)桿旋鈕轉(zhuǎn)動(dòng)角度調(diào)節(jié)桿，帶動(dòng)小齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)扇形齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，扇形齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)通過樣品夾固定桿帶動(dòng)樣品夾轉(zhuǎn)動(dòng)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超導(dǎo)磁體模擬微重力環(huán)境下接觸角測(cè)量裝置，其特征在于：所述的螺紋推桿旋鈕上有刻度。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超導(dǎo)磁體模擬微重力環(huán)境下接觸角測(cè)量裝置，其特征在于：所述的密閉腔室的內(nèi)壁貼有一層反光材料。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超導(dǎo)磁體模擬微重力環(huán)境下接觸角測(cè)量裝置，其特征在于：上述的每組部件由抗磁性材料制作，包括鋁、銅、不銹鋼、玻璃、有機(jī)玻璃或塑料。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超導(dǎo)磁體模擬微重力環(huán)境下接觸角測(cè)量裝置，其特征在于：所述的接觸角測(cè)量裝置從超導(dǎo)磁體底部裝入超導(dǎo)磁體腔室中，在柱身外側(cè)標(biāo)有刻度，測(cè)量位置為液滴所受合力為零的失重懸浮位置。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超導(dǎo)磁體模擬微重力環(huán)境下接觸角測(cè)量裝置，其特征在于：所述的密閉腔室外形呈長(zhǎng)圓柱狀。

8.一種權(quán)利要求1所述裝置測(cè)量超導(dǎo)磁體模擬微重力環(huán)境下接觸角的方法，其特征在于包括下述步驟：

(1)利用螺旋推桿的轉(zhuǎn)動(dòng)控制液體的進(jìn)樣操作；

(2)利用CCD觀測(cè)系統(tǒng)實(shí)時(shí)捕捉液滴在前進(jìn)、靜止或后退過程中隨時(shí)間變化的外觀灰度圖像；

(3)利用接觸角分析方法分析每幀圖片中液滴外觀輪廓，進(jìn)行擬合，求出斜率，計(jì)算出前進(jìn)、靜止或后退接觸角值。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述測(cè)量超導(dǎo)磁體模擬微重力環(huán)境下接觸角的方法，其特征在于所述的接觸角分析方法包括以下步驟：

(a)根據(jù)接觸角所在圖像區(qū)域選擇圖像上的兩個(gè)點(diǎn)，這兩點(diǎn)設(shè)定為圖像的矩形ROI的左上角點(diǎn)和右下角點(diǎn)，使得固、液、氣三相接觸點(diǎn)處于該區(qū)域的中央；然后將矩形ROI的左上角的第一個(gè)像素設(shè)定為坐標(biāo)(0，0)，x軸方向向右，y軸方向向上，將所有像素點(diǎn)的整數(shù)像素坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為實(shí)數(shù)坐標(biāo)系下的坐標(biāo)值；

(b)對(duì)ROI區(qū)域使用canny數(shù)學(xué)算子進(jìn)行邊緣檢測(cè)，獲得相應(yīng)的二值圖像BW；在該圖像上邊緣點(diǎn)的灰度值等于1，在圖像上呈現(xiàn)白色，其它點(diǎn)的灰度值等于0，在圖像上呈現(xiàn)黑色；邊緣點(diǎn)分別屬于樣品夾底板和液滴輪廓，底板邊緣點(diǎn)位于水平線上，液滴輪廓邊緣點(diǎn)呈現(xiàn)為弧線，固、液、氣三相接觸點(diǎn)為水平線與弧線的交點(diǎn)；

(c)在BW中選擇屬于樣品夾底板邊緣上的任意兩點(diǎn)b1和b2，獲得這兩點(diǎn)的坐標(biāo)；根據(jù)這兩點(diǎn)的坐標(biāo)和斜率公式計(jì)算出樣品夾底板的傾斜角；

(d)先將所有液滴邊緣點(diǎn)坐標(biāo)在坐標(biāo)系內(nèi)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)30度，對(duì)BW中的屬于液滴的邊緣點(diǎn)使用最小二乘法進(jìn)行多項(xiàng)式擬合，可得到擬合系數(shù)；

(e)得到擬合系數(shù)之后，對(duì)所得多項(xiàng)式進(jìn)行求導(dǎo)計(jì)算，得到液滴邊緣點(diǎn)的斜率；進(jìn)一步計(jì)算該固、液、氣三相接觸點(diǎn)處斜率的反正切值，并進(jìn)行弧度-角度轉(zhuǎn)換得到旋轉(zhuǎn)后的接觸角角度值；該角度值加上第(d)步旋轉(zhuǎn)的30度，并減去第(c)步所得到的樣品夾底板傾斜角度值就得到了最終的接觸角。