专利名称：采用真实液滴法的便携式接触角测试装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种接触角测试仪器，具体为采用真实液滴法的便携式接触角测
I式O
背景技术：
液-液界面张力、液-气表面张力以及固-液接触角值等基本指标是表征物质物理化学性质的基本参数，接触角是指在固体水平平面上滴上一小滴液滴，固体表面上的固-液-气三相交界点处，其气-液界面和固-液界面两切线把液相夹在其中时所形成的角度。接触角测试是分析固-液界面物理化学性质的最主要手段，通过测试所得到的接触角值，经过Equation of state算法，仅使用一种液滴就可以非常准确的分析得出固体的表面张力值(达因值)。目前，接触角测试仪器通常均是标准设计的仪器，体积大，需要市电供电，不利于携带或野外作业，也利于复杂样品、大尺寸样品的测值；如专利号为200610050811.8 和200620103753.6的专利提供的一种基于高速图像处理的液体表界面动态特性测量分析仪，专利号为201010600278. 4的专利提供的接触角及表面能测量装置，专利号为 200710142656. 7的专利提供的测量接触角装置。
发明内容为了解决现有技术中存在的不足及问题，本实用新型提供了一种采用真实液滴法的便携式接触角测试装置，可以通过笔记本电脑的锂电池供电，采用特殊设计的小倾角镜头和简化的机械结构，真正实现了便携的目标，应用范围广泛，具有相当高的推广价值。本实用新型的目的是通过如下的技术方案来实现的采用真实液滴法的便携式接触角测试装置，主要结构包括顶针夹具、带螺纹的导杆、带内螺纹的旋钮A、固定连接杆及微量进样器夹具、带内螺纹的旋钮B及固定块、顶针、 微量进样器、带外螺纹的导杆、LED背光板、垂直导槽固定连接块、带倾角调整的固定连接块、USB相机、小倾角小口径光学镜头、仪器箱体。带内螺纹的旋钮B通过固定块固定在仪器箱体上，旋钮B内部装有带外螺纹的导杆，导杆的一端连接带微量进样器夹具的固定连接杆，导杆的上端固定有带内螺纹的旋钮 A，旋钮A内装上一个带螺纹的导杆，此导杆的上端装有一个固定顶针的夹具，微量进样器的主体部分固定在微量进样器夹具上，仪器箱体的一侧装有一个背光板，另一侧装有一支架，支架上固定一可垂直移动的导槽固定连接块，导槽固定连接块的下端通过螺丝固定一可调整镜头倾角连接块，可调倾角连接块内部装有一由USB供电的USB相机，在相机的前端安装有一小倾角小口径光学镜头。所述可调倾角连接块倾角角度小于3度，小倾角小口径光学镜头放大倍率为IX， 通过镜头口径大小与物距尺寸的综合设计，实现小倾角目的。所述背光板采用3. 3V电压供电的LED背光板，3. 3V电压取自于电脑的USB通讯接口的5V，通过串连电阻的方式使其降压至3. 3V后使用。所述USB相机为低照度USB数字相机。本仪器的分析方法为采用一定的数学算子自动查找实时捕捉的图片中接触角形成的液滴的轮廓边缘；自动记录下边缘点的坐标位置；按设置的曲线方程将查找的边缘点通过最小二乘法等算法实现自动拟合成曲线，并得出曲线方程；根据曲线与实际坐标点位置进行匹配判断，计算得出拟合度因子；自动求解固-液接触点位置的斜率K值，并进而自动计算得出接触角的角度值。本实用新型体积小型，且采用简单的供电方式即可实现装置的正常运行，可实现对大样品、在线测值、野外测值、特殊规格接触角的测试，非常值得在薄膜、PDP、LCD、石油石化、芯片、陶瓷等行业的应用，具有非常高的推广价值。
图1为本实用新型一实施例结构示意图图中1-顶针夹具；2-带螺纹的导杆；3-带内螺纹的旋钮A ；4-固定连接杆及微量进样器夹具；5-带内螺纹的旋钮B ；6-顶针；7-微量进样器；8-带外螺纹的导杆；9-LED背光板；10-垂直导槽，11-固定螺丝，12-垂直导槽固定连接块；13-带倾角调整的固定连接块；14-由USB供电的USB相机；15-小倾角光学镜头；16-仪器箱体。
具体实施方式
以下结合附图及实施例对本实用新型进一步进行说明如图1所示实施例，采用真实液滴法的便携式接触角测试装置，主要结构包括顶针夹具、带螺纹的导杆、带内螺纹的旋钮A、固定连接杆及微量进样器夹具、带内螺纹的旋钮 B、顶针、微量进样器、带外螺纹的导杆、LED背光板、垂直导槽固定连接块、带倾角调整的固定连接块、USB相机、小倾角光学镜头、仪器箱体。带内螺纹的旋钮B通过固定块固定在仪器箱体上，旋钮B内部装有带外螺纹的导杆，导杆的一端连接带微量进样器夹具的固定连接杆，导杆的上端固定有带内螺纹的旋钮 A，旋钮A内装上一个带螺纹的导杆，此导杆的上端装有一个固定顶针的夹具，微量进样器的主体部分固定在微量进样器夹具上，仪器箱体的一侧装有一个背光板，另一侧装有一支架，支架上固定一可垂直移动的导槽固定连接块，导槽固定连接块的下端通过螺丝固定一可调整镜头倾角连接块，可调倾角连接块内部装有一 USB相机，在相机的前端安装有一小倾角小口径光学镜头。进一步地，所述可调倾角连接块倾角角度小于3度，小倾角小口径光学镜头放大倍率为IX，通过镜头口径大小与物距尺寸的综合设计，实现小倾角目的。进一步地，所述背光板采用3. 3V电压供电的LED背光板，3. 3V电压取自于电脑的 USB通讯接口的5V，通过串连电阻的方式使其降压至3. 3V后使用。进一步地，所述USB相机为低照度USB数字相机。利用本实用新型设备进行真实液滴法测试接触角的方法(1)实施真实液滴法时，通过软件系统控制光学成像系统(CXD)，将液滴的实时影像捕捉到电脑中；[0023](2)软件系统自动分析实时影像资料(如AVI、MPG等格式)的液滴轮廓线边缘或自动分析连续捕捉的图片资料(如BMP、JPG等图片格式)，并利用图像算法(如CANNY算子等)，分析液滴轮廓线边缘；(3)软件自动记录下边缘点坐标值；(4)软件自动按用户设置好的一项或几项曲线拟合轮廓边缘的曲线方程，如圆曲线方程r2= (x-dx)2+ (y-dy)2椭圆曲线方程:r2= (x-dx)2- (y-dy)2多项式曲线方程y= kArray + Σ (kArray [j] (χ-XShift)J)插值法曲线标值插值以及平滑插值法(5)将拟合点的坐标与记录的边缘点的坐标进行二次匹配，并通过最小二乘法等算法，计算得出拟合因子，根据拟合因子调整拟合效果；(6)对液滴进行曲线拟合以后，在接触点出求微分获取斜率K，并计算得出接触角值，计算办法如下财⑶)丨 X = X0
dxX。接触点的坐标。在供电系统上，考虑到野外测试，本实用新型采用了 USB供电的方式，通过笔记本电脑的USB通讯口供电，在背景光的设计上，采用了低电压3. 3V LED背光板，并通过串连电阻实现降压目的，在相机的设计上，采用了由USB供电的低照度USB数字相机，从而一方面保证了成像质量，另一方面实现了野外、便携测试的目的。小倾角镜头的实现方式采用的镜头放大率为IX的镜头，且通过综合镜头口径与成像物距两个指标，运用数学三角公式计算光路设计及镜头外形尺寸，从而有效保证倾角为3度以内，从而保证了测试效果。本实用新型装置可采用真实液滴法，测值时，由于高精度的机械结构设计、控制功能的实现，测值过程完全配合液滴的轮廓形状分析角度而没有前提假设，可以大大提高静态接触角的测值精度；同时，在机械结构以及电路设计中，充分考虑了便携和野外测试需求，采用了紧凑型、小倾角光路和低压供电等设计，有效地保证了设计目的的实现，采用本实用新型技术，可实现对大样品(如400-无穷大)、在线测值、野外测值(如石油开采)、特殊规格接触角的测试，非常值得在薄膜、PDP、LCD、石油石化、芯片、陶瓷浴缸等行业的应用， 具有非常高的推广价值。
权利要求1.采用真实液滴法的便携式接触角测试装置，其特征在于，主要结构包括顶针夹具、带螺纹的导杆、带内螺纹的旋钮A、固定连接杆及微量进样器夹具、带内螺纹的旋钮B及固定块、顶针、微量进样器、带外螺纹的导杆、LED背光板、垂直导槽固定连接块、带倾角调整的固定连接块、USB相机、小倾角、小口径光学镜头、仪器箱体；带内螺纹的旋钮B通过固定块固定在仪器箱体上，旋钮B内部装有带外螺纹的导杆，导杆的一端连接带微量进样器夹具的固定连接杆，导杆的上端固定有带内螺纹的旋钮A，旋钮A内装上一个带螺纹的导杆，此导杆的上端装有一个固定顶针的夹具，微量进样器的主体部分固定在微量进样器夹具上，仪器箱体的一侧装有一个背光板，另一侧装有一支架，支架上固定一可垂直移动的导槽固定连接块，导槽固定连接块的下端通过螺丝固定一可调整镜头倾角连接块，可调倾角连接块内部装有一由USB供电的USB相机，在相机的前端安装有一小倾角光学镜头。
2.根据权利要求1所述的采用真实液滴法的便携式接触角测试装置，其特征在于，所述可调倾角连接块倾角角度小于3度，小倾角光学镜头放大倍率为IX。
3.根据权利要求1所述的采用真实液滴法的便携式接触角测试装置，其特征在于，所述背光板采用3. 3V电压供电的LED背光板。
4.根据权利要求1所述的采用真实液滴法的便携式接触角测试装置，其特征在于，所述USB相机为低照度USB数字相机。
专利摘要本实用新型公开一种采用真实液滴法的便携式接触角测试装置，该仪器由进样器及其控制部件、前景光、光学成像系统、机架等部件组成，在测试接触角值时，通过液滴的真实轮廓拟合曲线取得，可用于测试固-液接触角值，并进而测试固体表面自由能值，采用本实用新型技术，可实现对大样品、在线测值、野外测值、特殊规格接触角的测试，非常值得在薄膜、PDP、LCD、石油石化、芯片、陶瓷等行业的应用，具有非常高的推广价值。
文档编号G01B11/26GK202196000SQ201120310388
公开日2012年4月18日 申请日期2011年8月24日 优先权日2011年8月24日
发明者施建辉, 李媛媛 申请人:上海梭伦信息科技有限公司