[發明專利]一種接觸角測量系統

在審

• 申請號: 201710280609.2
• 申請日: 2017-04-24
• 公開（公告）號: CN108732066A
• 公開（公告）日: 2018-11-02
• 發明（設計）人: 田漢民;張天;趙昆越
• 申請（專利權）人: 河北工業大學
• 主分類號: G01N13/00
• 分類號: G01N13/00;G01N13/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明的一種接觸角測量系統及其測量方法，具體涉及一種用于測量液體對固體的接觸角，即液體對固體的浸潤性的儀器，以及這種儀器的測量方法。所述接觸角測量系統及其測量方法包括背景光源、樣品臺、液體進樣模塊、成像模塊和圖像分析軟件模塊構成，通過不同背光照明模式下的成像測量液體對固體邊界的平均位置獲得高精度測量液體對固體邊界及接觸角。本發明削減了白光色散現象、白光衍射、環境雜散光對接觸角測量的成像精度的影響。

技術領域

本發明涉及一種接觸角測量系統及其測量方法，具體涉及一種用于測量液體對固體的接觸角，即液體對固體的浸潤性的儀器，以及這種儀器的測量方法。

背景技術

接觸角測量儀，主要用于測量液體對固體的接觸角，即液體對固體的浸潤性。該儀器能測量各種液體對各種材料的接觸角。該儀器對石油，印染，醫藥，噴涂，選礦等行業的科研生產有非常重要的作用。

接觸角測量儀一般由背景光源、樣品臺、液體進樣模塊、成像模塊和圖像分析軟件模塊構成。其中背景光源一般采用可調亮度的單色冷光發光二極管背光光源，成像模塊一般采用標準電荷耦合器攝像機和連續變倍顯微鏡鏡頭。成像精度、圖像處理算法是接觸角測量系統精度的重要決定因素。隨著微小尺度液體對固體的接觸角的測量需求的發展，通過放大1000倍-1500倍的光學顯微鏡頭準確測量微小尺度下液體對固體的接觸角需要更高的測量精度。在高精度測量標準下，背景光源的強度、波長非常影響被測樣品的成像精度。隨著光源選擇的變化，成像系統對圖像檢測精度的影響不同。

在傳統的接觸角測量儀中，在白光源背光照明模式下，未被液滴遮擋的白光源的光直接經過連續變倍顯微鏡頭在標準電荷耦合器攝像機中成像；被液滴遮擋的白光源的光則需要經過被測液滴折射后再經過連續變倍顯微鏡頭在標準電荷耦合器攝像機中成像。首先由于不同波長的光在被測液體中的折射率不同，從而被測液滴折射的不同波長的光在電荷耦合器攝像機的成像位置不同，并因而在電荷耦合器攝像機中成像的液滴邊界處存在邊界模糊區域。這種色散現象影響了高精度接觸角測量的成像精度，尤其是影響微米數量級精度的固體表面被測液體樣品的成像精度。其次在白光源背光照明模式下白光經過液滴邊緣產生白光衍射，由于白光由各種可見光復合而成的復色光，每種光的波長都不相同，所以衍射的條紋寬度也不同，經過連續變倍顯微鏡頭在標準電荷耦合器攝像機中產生間隔較密的彩色衍射條紋，使得電荷耦合器攝像機中的成像失去清晰的輪廓。此外，環境雜散光被測液滴上產生的散射光、反射光，也進一步模糊了在電荷耦合器攝像機中成像的液滴邊界。

因而，改進現有接觸角測量系統，消除上述邊界模糊的因素，實現高精度接觸角測量，特別是微小尺度下液體對固體的接觸角高精度測量具有一定科研、生產的意義。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明旨在提供一種通過改進的背光光源、成像模塊和圖像分析軟件模塊的接觸角測量系統及其測量方法。本發明的目的之一就是科學、高精度地獲取液體對固體的成像，高精度地實現接觸角測量，尤其是高精度地獲取微米數量級精度的固體表面被測液體樣品的成像及對應的接觸角測量。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：一種接觸角測量系統及其測量方法，所述接觸角測量系統包括背景光源、樣品臺、液體進樣模塊、成像模塊和圖像分析軟件模塊構成。

所述背景光源為高精度接觸角測量系統成像提供復合光背景光源和單色光背景光源，所述單色光背景光源為由可見光紅光波段發光二極管燈、紅外波段發光二極管燈、可見光綠色波段發光二極管燈、可見光藍色波段發光二極管等構成；

所述成像模塊為連續變倍顯微鏡鏡頭與紅外感光增強的攝像機構成。

所述樣品臺為常規接觸角測量儀所述樣品臺，為行業共識。

所述液體進樣模塊為常規接觸角測量儀所述液體進樣模塊，為行業共識。

所述圖像分析軟件模塊與上述背景光源、樣品臺、液體進樣模塊、成像模塊相配合，科學、高精度地獲取液體對固體的成像，并高精度地實現接觸角測量。