[發(fā)明專利]基于修正橢圓擬合法的靜態(tài)接觸角計(jì)算方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210295794.X
• 申請(qǐng)日: 2012-08-20
• 公開（公告）號(hào): CN102809524A
• 公開（公告）日: 2012-12-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 徐志鈕;李銳海;高成彬;苗鵬超;鄒盼;周衡;李丹丹
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華北電力大學(xué)（保定）
• 主分類號(hào): G01N13/00
• 分類號(hào): G01N13/00
• 代理公司: 北京眾合誠(chéng)成知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11246
• 代理人: 朱琨

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于材料表面能檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于修正橢圓擬合法的靜態(tài)接觸角計(jì)算方法。

背景技術(shù)

憎水性是材料表面的重要性能，憎水性可以通過(guò)接觸角來(lái)反映。靜態(tài)接觸角是液滴處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)對(duì)應(yīng)的接觸角，它滿足Young-Laplace方程。

靜態(tài)接觸角的測(cè)量方法有座滴法、懸滴法、吊板法和毛細(xì)管法等，但最為常用的還是座滴法。接觸角測(cè)量中關(guān)鍵部分是接觸角的計(jì)算。隨著電子計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，目前常將液滴圖像存儲(chǔ)為電子圖像后用各種算法計(jì)算靜態(tài)接觸角。最早使用的是切線法，該方法做三重線處液滴的切線，通過(guò)半角定理計(jì)算接觸角，實(shí)現(xiàn)容易，但誤差較大，受使用者主觀因素的影響也較大。橢圓擬合法是將圖像上液滴的邊緣假設(shè)為橢圓的一部分，可以用一種直接計(jì)算橢圓參數(shù)的算法計(jì)算接觸角，在液滴體積略大、接觸角略大時(shí)該算法有更高的準(zhǔn)確性，但隨著液滴體積和接觸角的進(jìn)一步增加該算法的誤差也有增大趨勢(shì)。理論上，無(wú)論液滴體積和接觸角如何，平面上液滴成像后圖像上液滴的邊緣都滿足Young-Laplace方程，軸對(duì)稱形狀分析法(axisymmetric?drop?shape?analysis-profile，ADSA-P)通過(guò)牛頓法等對(duì)方程中的參數(shù)進(jìn)行尋優(yōu)可擬合液滴邊緣，該算法具有不錯(cuò)的效果，尤其是當(dāng)液滴體積大、接觸角大時(shí)具有明顯的優(yōu)勢(shì)，但該算法存在迭代可能會(huì)不收斂的問(wèn)題，尤其在初值與準(zhǔn)確值差距較大時(shí)發(fā)生的可能性會(huì)增大，同時(shí)該算法在求解過(guò)程中要涉及3個(gè)常微分方程組，無(wú)論是計(jì)算量還是編程難度均要遠(yuǎn)大于以上所提其他算法，同時(shí)該算法受噪聲影響較大，尤其是在接觸角較小，同時(shí)液滴體積也不大時(shí)誤差也相對(duì)較大。隨著液滴體積和接觸角的增加，橢圓擬合法誤差逐漸增大，必須研究新的方法對(duì)其加以改進(jìn)。

發(fā)明內(nèi)容

為解決上述技術(shù)存在的不能在不同憎水性和液滴體積下均能準(zhǔn)確計(jì)算靜態(tài)接觸角的問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種基于修正橢圓擬合法的靜態(tài)接觸角計(jì)算方法。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出的技術(shù)方案是，一種基于修正橢圓擬合法的靜態(tài)接觸角計(jì)算方法，其特征是所述方法包括：

步驟1：設(shè)定液滴體積和預(yù)設(shè)接觸角；

步驟2：利用仿真的方法產(chǎn)生設(shè)定液滴體積和預(yù)設(shè)接觸角的液滴邊緣曲線；

步驟3：利用橢圓擬合法計(jì)算所述液滴邊緣曲線的接觸角，記為第一接觸角；

步驟4：獲取第一接觸角、設(shè)定的液滴體積和預(yù)設(shè)接觸角之間的映射關(guān)系；

步驟5：獲取液滴的真實(shí)圖像，并根據(jù)所述液滴的真實(shí)圖像，利用橢圓擬合法計(jì)算真實(shí)圖像中的液滴邊緣曲線的接觸角，記為第二接觸角；

步驟6：根據(jù)第二接觸角、真實(shí)圖像對(duì)應(yīng)的液滴體積和步驟4得到的映射關(guān)系，利用插值法計(jì)算最終的接觸角。

所述步驟2具體是采用Young-Laplace方程產(chǎn)生設(shè)定液滴體積和預(yù)設(shè)接觸角的液滴邊緣曲線。

所述插值法為最近鄰插值法、線性插值法或三次插值法。

本發(fā)明可有效減少靜態(tài)接觸角測(cè)量的誤差。

附圖說(shuō)明

圖1是基于修正橢圓擬合法的靜態(tài)接觸角計(jì)算方法流程圖；

圖2是采用線性插值法修正前后橢圓擬合法針對(duì)仿真水珠圖像的計(jì)算結(jié)果示意圖；(a)是接觸角為7°且隨水珠體積增加時(shí)修正前后橢圓擬合法針對(duì)仿真水珠圖像的計(jì)算結(jié)果示意圖；(b)是接觸角為97°且隨水珠體積增加時(shí)修正前后橢圓擬合法針對(duì)仿真水珠圖像的計(jì)算結(jié)果示意圖；(c)是接觸角為172°且隨水珠體積增加時(shí)修正前后橢圓擬合法針對(duì)仿真水珠圖像的計(jì)算結(jié)果示意圖；

圖3是采用三次插值法修正前后橢圓擬合法針對(duì)仿真水珠圖像的計(jì)算結(jié)果示意圖；(a)是接觸角為7°且隨水珠體積增加時(shí)修正前后橢圓擬合法針對(duì)仿真水珠圖像的計(jì)算結(jié)果示意圖；(b)是接觸角為97°且隨水珠體積增加時(shí)修正前后橢圓擬合法針對(duì)仿真水珠圖像的計(jì)算結(jié)果示意圖；(c)是接觸角為172°且隨水珠體積增加時(shí)修正前后橢圓擬合法針對(duì)仿真水珠圖像的計(jì)算結(jié)果示意圖；

圖4是超疏水圖像基于橢圓擬合法的計(jì)算結(jié)果示意圖；

圖5是超疏水圖像基于ADSA-P法的計(jì)算結(jié)果示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖，對(duì)優(yōu)選實(shí)施例作詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)該強(qiáng)調(diào)的是，下述說(shuō)明僅僅是示例性的，而不是為了限制本發(fā)明的范圍及其應(yīng)用。

實(shí)施例1

圖1是基于修正橢圓擬合法的靜態(tài)接觸角計(jì)算方法流程圖。圖1中，本發(fā)明提供的基于修正橢圓擬合法的靜態(tài)接觸角計(jì)算方法包括：

步驟1：設(shè)定液滴體積和預(yù)設(shè)接觸角。