[發(fā)明專利]一種表征軟物質(zhì)粘彈性的光學(xué)微流變的裝置及方法

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• 申請日: 2020-12-28
• 公開（公告）號: CN112748042A
• 公開（公告）日: 2021-05-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王敬;李琪;龔佳星;張暉;張耀文
• 申請（專利權(quán)）人: 華中科技大學(xué);深圳華中科技大學(xué)研究院
• 主分類號: G01N11/00
• 分類號: G01N11/00
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 喬宇

1.一種表征軟物質(zhì)粘彈性的光學(xué)微流變的裝置，其特征在于，該裝置包括：激光器(1)、起偏器(2)、分束器(3)、聚焦透鏡(4)、樣品池(5)、第一成像透鏡(6)、光闌(7)、第二成像透鏡(8)、檢偏器(9)、相機(10)以及計算機(11)，待測樣品置于樣品池(5)內(nèi)；其中：

激光器(1)作為光源，發(fā)射出的相干光通過起偏器(2)和分束器(3)后，由聚焦透鏡(4)聚焦到樣品池(5)內(nèi)；待測樣品多重散射后的散射光所形成的動態(tài)激光強度散斑圖像序列，經(jīng)過第一成像透鏡(6)、光闌(7)、第二成像透鏡(8)、檢偏器(9)后，由相機(10)收集并傳輸給計算機(11)，攜帶待測材料粘彈特性信息的激光散斑圖像由計算機(11)進行處理，獲得表征待測材料的粘彈特性信息。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的表征軟物質(zhì)粘彈性的光學(xué)微流變的裝置，其特征在于，計算機(11)通過計算機程序處理獲得表征待測材料的粘彈特性信息，其實現(xiàn)方法為：

將獲取的不同時刻的待測材料散斑光強度圖進行包括但不限于拉蓋爾高斯變換或小波變換的數(shù)學(xué)變換，得到散斑的偽相位圖，由偽相位圖獲得光學(xué)渦旋位置信息；通過追蹤光學(xué)渦旋的隨機運動，計算獲得不同時刻光學(xué)渦旋的在單位時間的均方位移的統(tǒng)計信息，通過待測材料的粘彈特性同渦旋點均方位移的對應(yīng)關(guān)系，從而最終獲得表征待測材料的粘彈特性信息。

3.一種表征軟物質(zhì)粘彈性的光學(xué)微流變的方法，采用權(quán)利要求1所述的表征軟物質(zhì)粘彈性的光學(xué)微流變的裝置，其特征在于，該方法包括以下步驟：

步驟1、激光器作為光源，激光通過起偏器和分束器由聚焦透鏡聚焦到樣品池內(nèi)，用相機記錄下經(jīng)過第一成像透鏡、光闌、第二成像透鏡和檢偏器出射的動態(tài)激光散斑強度圖；

步驟2、對散斑強度圖進行拉蓋爾高斯變換或小波變換方法獲得散斑偽相位圖；

步驟3、對偽相位圖中的光學(xué)渦旋進行定位和運動追蹤；

步驟4、通過計算光學(xué)渦旋在單位時間內(nèi)的均方位移來表征材料粘彈性。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的表征軟物質(zhì)粘彈性的光學(xué)微流變的方法，其特征在于，步驟2中，采用的拉蓋爾高斯變換方法具體為：

首先將通過相機記錄的激光散斑強度圖I(x,y)進行傅里葉變換到頻域得到再乘以拉蓋爾-高斯濾波器LG(f_x,f_y)，然后再進行傅里葉逆變換即得到：

其中，拉蓋爾-高斯濾波器LG(f_x,f_y)＝(f_x+jf_y)exp[-(f_x²+f_y²)/w²],w是濾波器帶寬；φ(x,y)即為偽相位圖。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的表征軟物質(zhì)粘彈性的光學(xué)微流變的方法，其特征在于，步驟3中，對偽相位圖中的光學(xué)渦旋進行定位和運動追蹤的方法具體為：

根據(jù)光學(xué)渦旋的特征，計算偽相位圖上包含相鄰的像素的逆時針閉合路徑，如[φ(i,j),φ(i+1,j),φ(i+1,j+1),φ(i,j+1),φ(i,j)]上的相位累計變化Δφ，如果累計相位變化是2π，則該像素記為正相位奇點，如果是-2π，則記為負相位奇點，如果為0則該處無奇點；通過比較光學(xué)渦旋在相鄰兩幀偽相位圖像上的位置和利用光學(xué)正負渦旋總是成對產(chǎn)生、成對消失的特點來追蹤渦旋在相鄰幀之間的位置變化。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的表征軟物質(zhì)粘彈性的光學(xué)微流變的方法，其特征在于，步驟4中，通過計算光學(xué)渦旋在單位時間內(nèi)的均方位移來表征材料粘彈性的方法具體為：

計算光學(xué)渦旋點的均方位移的公式為：

其中，和分別為t₀+t和t₀時刻光學(xué)渦旋點的位置，表示對所有光學(xué)渦旋點進行平均。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的表征軟物質(zhì)粘彈性的光學(xué)微流變的方法，其特征在于，步驟4中，表征材料粘彈性的方法具體為：

根據(jù)光學(xué)渦旋點的均方位移與樣品的粘彈性系數(shù)成反比的關(guān)系，計算單位時間內(nèi)光學(xué)渦旋均方位移，即可直接獲得待測樣品的粘彈特性。