[發(fā)明專(zhuān)利]一種基于液芯柱透鏡等觀察高度快速測(cè)量液相擴(kuò)散系數(shù)的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201611181307.1
• 申請(qǐng)日: 2016-12-20
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107247035B
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-07-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孟偉東;普小云;夏燕;陳艷
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 云南大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G01N21/41
• 分類(lèi)號(hào): G01N21/41;G01N13/00
• 代理公司: 昆明知道專(zhuān)利事務(wù)所(特殊普通合伙企業(yè)) 53116
• 代理人: 王遠(yuǎn)同;謝喬良

本發(fā)明公開(kāi)了一種基于液芯柱透鏡等觀察高度快速測(cè)量液相擴(kuò)散系數(shù)的方法。本發(fā)明使用的液芯柱透鏡既作為液相擴(kuò)散池，又作為成像元件。選擇CMOS圖像采集系統(tǒng)上某一高度作為觀察高度，用兩種方法測(cè)量了圖像寬度、折射率和濃度之間的關(guān)系，根據(jù)圖像反應(yīng)出的濃度信息，通過(guò)最小二乘法擬合的方式得到液相擴(kuò)散系數(shù)。以0.33mol/L KCL溶液和3mol/L KCL溶液之間的互擴(kuò)散體系為例，驗(yàn)證了等觀察高度法，該方法具有測(cè)量速度快（約等于70min），測(cè)量值準(zhǔn)確（相對(duì)誤差小于2%）的特點(diǎn)。該方法進(jìn)一步完善了用液芯柱透鏡測(cè)量液相擴(kuò)散系數(shù)的方法，證明了利用液芯柱透鏡測(cè)量液相擴(kuò)散系數(shù)的系統(tǒng)是穩(wěn)定的、計(jì)算方法是多樣的且測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確性高。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于光學(xué)測(cè)量液相擴(kuò)散系數(shù)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于液芯柱透鏡系統(tǒng)的快速、準(zhǔn)確測(cè)量液相擴(kuò)散系數(shù)的方法——等觀察高度法。特別是結(jié)合雙液芯柱透鏡折射率靈敏度高、在較寬的折射率范圍內(nèi)有較好的消球差效果和消球差位置（折射率）可調(diào)節(jié)等優(yōu)點(diǎn)，根據(jù)CMOS圖像采集系統(tǒng)得到的擴(kuò)散圖像反應(yīng)出的折射率空間分布信息可以快速、準(zhǔn)確測(cè)量液相擴(kuò)散系數(shù)。

背景技術(shù)

擴(kuò)散系數(shù)是研究傳質(zhì)過(guò)程，計(jì)算傳質(zhì)速率及化工設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)的重要基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，已廣泛應(yīng)用在生物、化工、醫(yī)學(xué)及環(huán)保等新興行業(yè)中。例如擴(kuò)散可用于研究工業(yè)蒸餾效率及多孔催化劑的反應(yīng)速率，可以控制青霉素細(xì)菌的生長(zhǎng)、鋼鐵的腐蝕等。而液相擴(kuò)散系數(shù)主要依靠實(shí)驗(yàn)方法獲得，即間接地測(cè)量溶液擴(kuò)散形成的隨空間和時(shí)間的濃度分布，根據(jù)擴(kuò)散Fick定律計(jì)算液相擴(kuò)散系數(shù)。傳統(tǒng)的泰勒分散、全息干涉等測(cè)量方法要求儀器設(shè)備的穩(wěn)定性高，成本貴，測(cè)量時(shí)間長(zhǎng)，還沒(méi)有一種儀器簡(jiǎn)化，且能準(zhǔn)確、快速測(cè)量液相擴(kuò)散系數(shù)的方法。

本發(fā)明提出之前，我們根據(jù)平行光經(jīng)過(guò)裝有不同液體的柱透鏡后會(huì)聚焦點(diǎn)位置不同及柱透鏡特有折射率空間分辨能力設(shè)計(jì)了液芯柱透鏡，并提出測(cè)量液體折射率和液相擴(kuò)散系數(shù)的方法。（普小云，白然，邢曼男等，中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利ZL200710066016.2[P]；李強(qiáng)，李宇，孫麗存等，中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利 ZL201110283339.3[P]；孫麗存，普小云，孟偉東等，中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利201410440938.5[P]；孟偉東，孫麗存，普小云等，用液芯柱透鏡快速測(cè)量液相擴(kuò)散系數(shù)-折射率空間分布瞬態(tài)測(cè)量法[J]，（“物理學(xué)報(bào)”，2015,64(11), 114205-1~114205-7）；“Newmethod to measure liquid diffusivity by analyzing an instantaneous diffusionimage”[J],（Licun Sun, Weidong Meng, and Xiaoyun Pu，“OPTICS EXPRESS”，2015，23(18)，23155~ 23166）。

為提高測(cè)量折射率和液相擴(kuò)散系數(shù)的精度和準(zhǔn)確度設(shè)計(jì)了一個(gè)成像質(zhì)量好、寬折射率內(nèi)無(wú)球差或球差小且消球差位置可按需調(diào)整等優(yōu)點(diǎn)的雙液芯柱透鏡（孟偉東，普小云，夏燕等，中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利2001610436334.2[P]；。

與傳統(tǒng)方法中的泰勒分散法、動(dòng)態(tài)光散射測(cè)量法、熒光分子示蹤測(cè)量法、放射性元素示蹤測(cè)量法和全息干涉法相比，用等折射率薄層移動(dòng)測(cè)量液相擴(kuò)散系數(shù)的方法是一種平均測(cè)量方法且測(cè)量所需時(shí)間較傳統(tǒng)的方法大幅度縮短，且抗干擾能力強(qiáng)、系統(tǒng)穩(wěn)定性好；瞬態(tài)折射率空間分布法是一種瞬態(tài)的測(cè)量方法測(cè)量效率高，測(cè)量的穩(wěn)定性略低；但這兩種較以前的方法進(jìn)步明顯。對(duì)一些擴(kuò)散系數(shù)未知的擴(kuò)散體系，用液芯柱透鏡系統(tǒng)測(cè)量液相擴(kuò)散系數(shù)時(shí)，一旦等折射率薄層法和瞬態(tài)折射率空間分布法測(cè)量結(jié)果不同，就很難判斷這兩種方法測(cè)量結(jié)果哪種準(zhǔn)確。因此，開(kāi)發(fā)一種能解決上述問(wèn)題的測(cè)量方法是非常必要的。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種基于液芯柱透鏡系統(tǒng)的快速、準(zhǔn)確測(cè)量液相擴(kuò)散系數(shù)的方法——等觀察高度法。

本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的，包括以下步驟：