[發明專利]一種基于液芯柱透鏡等觀察高度快速測量液相擴散系數的方法

有效

• 申請號: 201611181307.1
• 申請日: 2016-12-20
• 公開（公告）號: CN107247035B
• 公開（公告）日: 2019-07-05
• 發明（設計）人: 孟偉東;普小云;夏燕;陳艷
• 申請（專利權）人: 云南大學
• 主分類號: G01N21/41
• 分類號: G01N21/41;G01N13/00
• 代理公司: 昆明知道專利事務所(特殊普通合伙企業) 53116
• 代理人: 王遠同;謝喬良

1.一種基于液芯柱透鏡等觀察高度快速測量液相擴散系數的方法，其特征在于所述液芯柱透鏡為雙液芯柱透鏡，包括以下步驟：

（1）兩種溶液擴散開始前在界面（Z=0）兩邊的初始濃度分別為C1和C2，計算一個固定的擴散體系在某一固定高度處，隨著時間的變化形成溶液濃度分布：

（1）；

根據上式可以看出濃度C是位置和時間的函數，即 ，對一個固定的高度，C變為時間的單一函數，即，對于不同擴散系數D，存在一系列的隨時間分布的濃度，即，為一個隨擴散系數和時間變化的二維濃度矩陣；

（2）對實驗得到的擴散圖像，在固定位置測量圖像的寬度，根據寬度和濃度信息得到實驗中的濃度隨時間的分布 ；

（3）將實驗得到的濃度分布與不同擴散系數下得到的濃度分布進行最小二乘法擬合，擬合結果最好的擴散系數即為實驗要求的擴散系數；

計算隨著時間的變化形成溶液濃度分布的方法包括以下步驟：

（1）通過實驗的方法得到濃度和折射率之間的關系

配置不同濃度的溶液并測量溶液折射率，擬合出濃度和折射率間的函數關系，將實驗中計算的折射率代入擬合函數關系中得到相應濃度；

（2）通過實驗的方法得到折射率和圖像寬度之間的關系

在固定觀測位置處，把配制的不同折射率的溶液注入到雙液芯柱透鏡內，測量觀測系統上圖像的寬度，并擬合出圖像寬度和折射率之間的關系，將實驗得到的圖像代入擬合關系式中即可求得相應折射率；

（3）通過折射定律得到折射率和圖像寬度之間的關系

寬度為2h的平行光入射到雙液芯柱透鏡上，當雙液芯柱透鏡內注入折射率為nc 的液體時，根據折射定律，雙液芯柱透鏡的焦距為fc，當液芯內注入折射率為ni的液體時，雙液芯柱透鏡的焦距為fi，出射光線與主光軸的夾角為，在fc位置處固定的觀測平面上所成像的寬度為；fi，和存在如下幾何關系

（3）；

根據（3）式可以擬合出在折射定律成像情況下折射率和圖像寬度之間的關系，將實驗得到的圖像代入擬合關系式中即可求得折射定律成像情況下相應位置處的折射率。

2.根據權利要求1所述基于液芯柱透鏡等觀察高度快速測量液相擴散系數的方法，其特征在于采集一組擴散圖像的時間t 在70min內。

3.根據權利要求1所述基于液芯柱透鏡等觀察高度快速測量液相擴散系數的方法，其特征在于選擇等高度薄層的位置需要在所有擴散圖像的聚焦點之上，即折射率薄層位置上方且靠近薄層位置。