專利名稱：采用真實(shí)液滴法的便攜式接觸角測(cè)試裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種接觸角測(cè)試儀器，具體為采用真實(shí)液滴法的便攜式接觸角測(cè)
I式O
背景技術(shù)：
液-液界面張力、液-氣表面張力以及固-液接觸角值等基本指標(biāo)是表征物質(zhì)物理化學(xué)性質(zhì)的基本參數(shù)，接觸角是指在固體水平平面上滴上一小滴液滴，固體表面上的固-液-氣三相交界點(diǎn)處，其氣-液界面和固-液界面兩切線把液相夾在其中時(shí)所形成的角度。接觸角測(cè)試是分析固-液界面物理化學(xué)性質(zhì)的最主要手段，通過測(cè)試所得到的接觸角值，經(jīng)過Equation of state算法，僅使用一種液滴就可以非常準(zhǔn)確的分析得出固體的表面張力值(達(dá)因值)。目前，接觸角測(cè)試儀器通常均是標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的儀器，體積大，需要市電供電，不利于攜帶或野外作業(yè)，也利于復(fù)雜樣品、大尺寸樣品的測(cè)值；如專利號(hào)為200610050811.8 和200620103753.6的專利提供的一種基于高速圖像處理的液體表界面動(dòng)態(tài)特性測(cè)量分析儀，專利號(hào)為201010600278. 4的專利提供的接觸角及表面能測(cè)量裝置，專利號(hào)為 200710142656. 7的專利提供的測(cè)量接觸角裝置。
發(fā)明內(nèi)容為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足及問題，本實(shí)用新型提供了一種采用真實(shí)液滴法的便攜式接觸角測(cè)試裝置，可以通過筆記本電腦的鋰電池供電，采用特殊設(shè)計(jì)的小傾角鏡頭和簡化的機(jī)械結(jié)構(gòu)，真正實(shí)現(xiàn)了便攜的目標(biāo)，應(yīng)用范圍廣泛，具有相當(dāng)高的推廣價(jià)值。本實(shí)用新型的目的是通過如下的技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的采用真實(shí)液滴法的便攜式接觸角測(cè)試裝置，主要結(jié)構(gòu)包括頂針夾具、帶螺紋的導(dǎo)桿、帶內(nèi)螺紋的旋鈕A、固定連接桿及微量進(jìn)樣器夾具、帶內(nèi)螺紋的旋鈕B及固定塊、頂針、 微量進(jìn)樣器、帶外螺紋的導(dǎo)桿、LED背光板、垂直導(dǎo)槽固定連接塊、帶傾角調(diào)整的固定連接塊、USB相機(jī)、小傾角小口徑光學(xué)鏡頭、儀器箱體。帶內(nèi)螺紋的旋鈕B通過固定塊固定在儀器箱體上，旋鈕B內(nèi)部裝有帶外螺紋的導(dǎo)桿，導(dǎo)桿的一端連接帶微量進(jìn)樣器夾具的固定連接桿，導(dǎo)桿的上端固定有帶內(nèi)螺紋的旋鈕 A，旋鈕A內(nèi)裝上一個(gè)帶螺紋的導(dǎo)桿，此導(dǎo)桿的上端裝有一個(gè)固定頂針的夾具，微量進(jìn)樣器的主體部分固定在微量進(jìn)樣器夾具上，儀器箱體的一側(cè)裝有一個(gè)背光板，另一側(cè)裝有一支架，支架上固定一可垂直移動(dòng)的導(dǎo)槽固定連接塊，導(dǎo)槽固定連接塊的下端通過螺絲固定一可調(diào)整鏡頭傾角連接塊，可調(diào)傾角連接塊內(nèi)部裝有一由USB供電的USB相機(jī)，在相機(jī)的前端安裝有一小傾角小口徑光學(xué)鏡頭。所述可調(diào)傾角連接塊傾角角度小于3度，小傾角小口徑光學(xué)鏡頭放大倍率為IX， 通過鏡頭口徑大小與物距尺寸的綜合設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)小傾角目的。所述背光板采用3. 3V電壓供電的LED背光板，3. 3V電壓取自于電腦的USB通訊接口的5V，通過串連電阻的方式使其降壓至3. 3V后使用。所述USB相機(jī)為低照度USB數(shù)字相機(jī)。本儀器的分析方法為采用一定的數(shù)學(xué)算子自動(dòng)查找實(shí)時(shí)捕捉的圖片中接觸角形成的液滴的輪廓邊緣；自動(dòng)記錄下邊緣點(diǎn)的坐標(biāo)位置；按設(shè)置的曲線方程將查找的邊緣點(diǎn)通過最小二乘法等算法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)擬合成曲線，并得出曲線方程；根據(jù)曲線與實(shí)際坐標(biāo)點(diǎn)位置進(jìn)行匹配判斷，計(jì)算得出擬合度因子；自動(dòng)求解固-液接觸點(diǎn)位置的斜率K值，并進(jìn)而自動(dòng)計(jì)算得出接觸角的角度值。本實(shí)用新型體積小型，且采用簡單的供電方式即可實(shí)現(xiàn)裝置的正常運(yùn)行，可實(shí)現(xiàn)對(duì)大樣品、在線測(cè)值、野外測(cè)值、特殊規(guī)格接觸角的測(cè)試，非常值得在薄膜、PDP、LCD、石油石化、芯片、陶瓷等行業(yè)的應(yīng)用，具有非常高的推廣價(jià)值。

圖1為本實(shí)用新型一實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖圖中1-頂針夾具；2-帶螺紋的導(dǎo)桿；3-帶內(nèi)螺紋的旋鈕A ；4-固定連接桿及微量進(jìn)樣器夾具；5-帶內(nèi)螺紋的旋鈕B ；6-頂針；7-微量進(jìn)樣器；8-帶外螺紋的導(dǎo)桿；9-LED背光板；10-垂直導(dǎo)槽，11-固定螺絲，12-垂直導(dǎo)槽固定連接塊；13-帶傾角調(diào)整的固定連接塊；14-由USB供電的USB相機(jī)；15-小傾角光學(xué)鏡頭；16-儀器箱體。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)一步進(jìn)行說明如圖1所示實(shí)施例，采用真實(shí)液滴法的便攜式接觸角測(cè)試裝置，主要結(jié)構(gòu)包括頂針夾具、帶螺紋的導(dǎo)桿、帶內(nèi)螺紋的旋鈕A、固定連接桿及微量進(jìn)樣器夾具、帶內(nèi)螺紋的旋鈕 B、頂針、微量進(jìn)樣器、帶外螺紋的導(dǎo)桿、LED背光板、垂直導(dǎo)槽固定連接塊、帶傾角調(diào)整的固定連接塊、USB相機(jī)、小傾角光學(xué)鏡頭、儀器箱體。帶內(nèi)螺紋的旋鈕B通過固定塊固定在儀器箱體上，旋鈕B內(nèi)部裝有帶外螺紋的導(dǎo)桿，導(dǎo)桿的一端連接帶微量進(jìn)樣器夾具的固定連接桿，導(dǎo)桿的上端固定有帶內(nèi)螺紋的旋鈕 A，旋鈕A內(nèi)裝上一個(gè)帶螺紋的導(dǎo)桿，此導(dǎo)桿的上端裝有一個(gè)固定頂針的夾具，微量進(jìn)樣器的主體部分固定在微量進(jìn)樣器夾具上，儀器箱體的一側(cè)裝有一個(gè)背光板，另一側(cè)裝有一支架，支架上固定一可垂直移動(dòng)的導(dǎo)槽固定連接塊，導(dǎo)槽固定連接塊的下端通過螺絲固定一可調(diào)整鏡頭傾角連接塊，可調(diào)傾角連接塊內(nèi)部裝有一 USB相機(jī)，在相機(jī)的前端安裝有一小傾角小口徑光學(xué)鏡頭。進(jìn)一步地，所述可調(diào)傾角連接塊傾角角度小于3度，小傾角小口徑光學(xué)鏡頭放大倍率為IX，通過鏡頭口徑大小與物距尺寸的綜合設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)小傾角目的。進(jìn)一步地，所述背光板采用3. 3V電壓供電的LED背光板，3. 3V電壓取自于電腦的 USB通訊接口的5V，通過串連電阻的方式使其降壓至3. 3V后使用。進(jìn)一步地，所述USB相機(jī)為低照度USB數(shù)字相機(jī)。利用本實(shí)用新型設(shè)備進(jìn)行真實(shí)液滴法測(cè)試接觸角的方法(1)實(shí)施真實(shí)液滴法時(shí)，通過軟件系統(tǒng)控制光學(xué)成像系統(tǒng)(CXD)，將液滴的實(shí)時(shí)影像捕捉到電腦中；[0023](2)軟件系統(tǒng)自動(dòng)分析實(shí)時(shí)影像資料(如AVI、MPG等格式)的液滴輪廓線邊緣或自動(dòng)分析連續(xù)捕捉的圖片資料(如BMP、JPG等圖片格式)，并利用圖像算法(如CANNY算子等)，分析液滴輪廓線邊緣；(3)軟件自動(dòng)記錄下邊緣點(diǎn)坐標(biāo)值；(4)軟件自動(dòng)按用戶設(shè)置好的一項(xiàng)或幾項(xiàng)曲線擬合輪廓邊緣的曲線方程，如圓曲線方程r2= (x-dx)2+ (y-dy)2橢圓曲線方程:r2= (x-dx)2- (y-dy)2多項(xiàng)式曲線方程y= kArray + Σ (kArray [j] (χ-XShift)J)插值法曲線標(biāo)值插值以及平滑插值法(5)將擬合點(diǎn)的坐標(biāo)與記錄的邊緣點(diǎn)的坐標(biāo)進(jìn)行二次匹配，并通過最小二乘法等算法，計(jì)算得出擬合因子，根據(jù)擬合因子調(diào)整擬合效果；(6)對(duì)液滴進(jìn)行曲線擬合以后，在接觸點(diǎn)出求微分獲取斜率K，并計(jì)算得出接觸角值，計(jì)算辦法如下財(cái)⑶)丨 X = X0
dxX。接觸點(diǎn)的坐標(biāo)。在供電系統(tǒng)上，考慮到野外測(cè)試，本實(shí)用新型采用了 USB供電的方式，通過筆記本電腦的USB通訊口供電，在背景光的設(shè)計(jì)上，采用了低電壓3. 3V LED背光板，并通過串連電阻實(shí)現(xiàn)降壓目的，在相機(jī)的設(shè)計(jì)上，采用了由USB供電的低照度USB數(shù)字相機(jī)，從而一方面保證了成像質(zhì)量，另一方面實(shí)現(xiàn)了野外、便攜測(cè)試的目的。小傾角鏡頭的實(shí)現(xiàn)方式采用的鏡頭放大率為IX的鏡頭，且通過綜合鏡頭口徑與成像物距兩個(gè)指標(biāo)，運(yùn)用數(shù)學(xué)三角公式計(jì)算光路設(shè)計(jì)及鏡頭外形尺寸，從而有效保證傾角為3度以內(nèi)，從而保證了測(cè)試效果。本實(shí)用新型裝置可采用真實(shí)液滴法，測(cè)值時(shí)，由于高精度的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、控制功能的實(shí)現(xiàn)，測(cè)值過程完全配合液滴的輪廓形狀分析角度而沒有前提假設(shè)，可以大大提高靜態(tài)接觸角的測(cè)值精度；同時(shí)，在機(jī)械結(jié)構(gòu)以及電路設(shè)計(jì)中，充分考慮了便攜和野外測(cè)試需求，采用了緊湊型、小傾角光路和低壓供電等設(shè)計(jì)，有效地保證了設(shè)計(jì)目的的實(shí)現(xiàn)，采用本實(shí)用新型技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)大樣品(如400-無窮大)、在線測(cè)值、野外測(cè)值(如石油開采)、特殊規(guī)格接觸角的測(cè)試，非常值得在薄膜、PDP、LCD、石油石化、芯片、陶瓷浴缸等行業(yè)的應(yīng)用， 具有非常高的推廣價(jià)值。
權(quán)利要求1.采用真實(shí)液滴法的便攜式接觸角測(cè)試裝置，其特征在于，主要結(jié)構(gòu)包括頂針夾具、帶螺紋的導(dǎo)桿、帶內(nèi)螺紋的旋鈕A、固定連接桿及微量進(jìn)樣器夾具、帶內(nèi)螺紋的旋鈕B及固定塊、頂針、微量進(jìn)樣器、帶外螺紋的導(dǎo)桿、LED背光板、垂直導(dǎo)槽固定連接塊、帶傾角調(diào)整的固定連接塊、USB相機(jī)、小傾角、小口徑光學(xué)鏡頭、儀器箱體；帶內(nèi)螺紋的旋鈕B通過固定塊固定在儀器箱體上，旋鈕B內(nèi)部裝有帶外螺紋的導(dǎo)桿，導(dǎo)桿的一端連接帶微量進(jìn)樣器夾具的固定連接桿，導(dǎo)桿的上端固定有帶內(nèi)螺紋的旋鈕A，旋鈕A內(nèi)裝上一個(gè)帶螺紋的導(dǎo)桿，此導(dǎo)桿的上端裝有一個(gè)固定頂針的夾具，微量進(jìn)樣器的主體部分固定在微量進(jìn)樣器夾具上，儀器箱體的一側(cè)裝有一個(gè)背光板，另一側(cè)裝有一支架，支架上固定一可垂直移動(dòng)的導(dǎo)槽固定連接塊，導(dǎo)槽固定連接塊的下端通過螺絲固定一可調(diào)整鏡頭傾角連接塊，可調(diào)傾角連接塊內(nèi)部裝有一由USB供電的USB相機(jī)，在相機(jī)的前端安裝有一小傾角光學(xué)鏡頭。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用真實(shí)液滴法的便攜式接觸角測(cè)試裝置，其特征在于，所述可調(diào)傾角連接塊傾角角度小于3度，小傾角光學(xué)鏡頭放大倍率為IX。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用真實(shí)液滴法的便攜式接觸角測(cè)試裝置，其特征在于，所述背光板采用3. 3V電壓供電的LED背光板。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用真實(shí)液滴法的便攜式接觸角測(cè)試裝置，其特征在于，所述USB相機(jī)為低照度USB數(shù)字相機(jī)。
專利摘要本實(shí)用新型公開一種采用真實(shí)液滴法的便攜式接觸角測(cè)試裝置，該儀器由進(jìn)樣器及其控制部件、前景光、光學(xué)成像系統(tǒng)、機(jī)架等部件組成，在測(cè)試接觸角值時(shí)，通過液滴的真實(shí)輪廓擬合曲線取得，可用于測(cè)試固-液接觸角值，并進(jìn)而測(cè)試固體表面自由能值，采用本實(shí)用新型技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)大樣品、在線測(cè)值、野外測(cè)值、特殊規(guī)格接觸角的測(cè)試，非常值得在薄膜、PDP、LCD、石油石化、芯片、陶瓷等行業(yè)的應(yīng)用，具有非常高的推廣價(jià)值。
文檔編號(hào)G01B11/26GK202196000SQ201120310388
公開日2012年4月18日 申請(qǐng)日期2011年8月24日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月24日
發(fā)明者施建輝, 李媛媛 申請(qǐng)人:上海梭倫信息科技有限公司