[發明專利]基于紅外圖像處理的多孔材料浸潤性能測量裝置及方法

在審

• 申請號: 201710160470.8
• 申請日: 2017-03-17
• 公開（公告）號: CN106872335A
• 公開（公告）日: 2017-06-20
• 發明（設計）人: 陸龍生;張賓;梁林生;王紅飛;萬珍平
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: G01N15/08
• 分類號: G01N15/08
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司44102
• 代理人: 何淑珍

1.基于紅外圖像處理的多孔材料浸潤性能測量方法，該方法采用的裝置，包括用于放置樣品(1)的升降平臺(6)、置于升降平臺(6)上方的紅外熱像儀(3)、置于升降平臺(6)前方的高速攝像儀(7)、與紅外熱像儀(3)和高速攝像儀(7)數據傳輸線連接的計算機(4)、置于升降平臺(6)一側的用于注射液體工質(5)的注射器(2)；所述計算機(4)內安裝有用于處理紅外圖像的紅外熱像儀配套的數據處理軟件Research?IR；所述注射器(2)通過活動支架設置在升降平臺(6)的一側，所述活動支架能夠沿著任意方向自由移動；

其特征在于，包括如下步驟：

(1)取待測試多孔材料樣品(1)置于升降平臺(6)并固定；

(2)調節紅外熱像儀(3)使待測試樣本在Research?IR軟件中呈現清晰的紅外圖像；

(3)移動活動支架，將注射器(2)置于待測試樣品上方，與樣品(1)的角度為30°～40°，其針尖距待測樣品的距離大約為3-5mm；

(4)調節高速攝像儀(7)的焦距，使注射器針尖在高速攝像儀顯示界面呈現清晰的圖像；

(5)同時開啟紅外熱像儀(3)和高速攝像儀(7)的錄像功能，用注射器(2)緩慢地擠出10μl液體工質(5)，使其滴在在樣品(1)上，紅外熱像儀(3)和高速攝像儀(7)會分別記錄液體工質(5)在樣品(1)內部和表面的擴散過程，并將監測記錄傳送至計算機(4)儲存；

(6)采用圖像比例法處理高速攝像儀(7)的監測記錄，獲得液體工質(5)液滴浸潤多孔材料時的表面接觸線大小；

(7)處理紅外熱像儀(3)的錄像文件以確定液體工質(5)液滴浸潤多孔材料時的內部擴散邊界，獲得液體工質(5)液滴在浸潤多孔材料時的內部擴散區域大小以及擴散速率。

2.根據權利要求1所述的基于紅外圖像處理的多孔材料浸潤性能測量方法，其特征在于：所述步驟(7)具體包括步驟：

(7-1)借助高速攝像儀(7)的監測記錄，獲得在紅外熱像儀(3)的錄像文件中液滴擴散起始點所對應的幀數，其中在高速攝像儀(7)的監測記錄中，選取液滴剛與多孔材料樣品接觸的時刻為液滴擴散起始點；

(7-2)在軟件Research?IR中，讀取液滴擴散起始點時的紅外圖像，在圖像中繪制一條與樣品邊線平行且長度相等的參考線，此時在該紅外錄像中實際距離與溫度數據采集點的比例系數λ可表示為：

λ＝LL_R???????????????(1)

其中L樣品邊線長度，單位為毫米，L_R為參考線上溫度數據采集點的數量；

(7-3)在紅外圖像中繪制若干經過液滴擴散影響區域的測量線L_mi，i＝1,2,…,n,這些測量線L_mi將會與液滴的擴散區域邊界產生兩個交點，從紅外圖像處理軟件Research?IR中讀取測量線L_mi上的溫度分布曲線；

(7-4)計算測量線L_mi的溫度分布曲線的溫度梯度，其計算公式如下：

其中T為溫度值，x為溫度測量線上溫度數據采集點的位置，j為溫度數據采集點的編號，和分別為相鄰兩個溫度數據采集點的溫度差和距離，繪制出溫度梯度曲線，找出溫度梯度曲線的極值點P₁和P₂，這兩個極值點便為測量線L_mi與液滴擴散區域邊界的兩個交點；

(7-5)對于各向同性的多孔材料，液滴在其中的擴散區域邊界近似為圓形，針對擴散區域邊界近似為圓形的擴散區域邊界，采用等效擴散直徑D_e來定量衡量液滴擴散區域的大小，其計算公式如下：

其中n為選取用于計算液滴擴散區域的測量線的數量，i為測量線的編號，O為液滴擴散區域圓心，P為液滴浸潤區域與未浸潤區域的邊界點，圓心點O在紅外圖像中選擇為微量注射器針尖的位置；

(7-6)在Research?IR中讀取下一幀數的紅外圖像，重復步驟(7-4)～步驟(7-5)，獲得此時刻時液滴浸潤擴散區域的直徑大小，通過計算多個連續幀數的紅外圖像最后獲得液滴浸潤多孔材料時的擴散速率。

3.根據權利要求2所述的基于紅外圖像處理的多孔材料浸潤性能測量方法，其特種在于：所述的步驟(7-5)中，所述等效擴散直徑D_e精度與測量線的數量n成正比。