一种接触角测量系统技术方案

本发明专利技术的一种接触角测量系统及其测量方法，具体涉及一种用于测量液体对固体的接触角，即液体对固体的浸润性的仪器，以及这种仪器的测量方法。所述接触角测量系统及其测量方法包括背景光源、样品台、液体进样模块、成像模块和图像分析软件模块构成，通过不同背光照明模式下的成像测量液体对固体边界的平均位置获得高精度测量液体对固体边界及接触角。本发明专利技术削减了白光色散现象、白光衍射、环境杂散光对接触角测量的成像精度的影响。

A contact angle measuring system

The invention relates to a contact angle measuring system and a measuring method thereof, in particular to an instrument for measuring the contact angle of a liquid to a solid, that is, the wettability of a liquid to a solid, and a measuring method of the instrument. The contact angle measuring system and its measuring method are composed of background light source, sample table, liquid sampling module, imaging module and image analysis software module. By measuring the average position of liquid to solid boundary under different backlight illumination modes, high precision measuring liquid to solid boundary and contact angle can be obtained. The invention reduces the influence of white light dispersion, white light diffraction and ambient stray light on the imaging accuracy of contact angle measurement.

【技术实现步骤摘要】
一种接触角测量系统
本专利技术涉及一种接触角测量系统及其测量方法，具体涉及一种用于测量液体对固体的接触角，即液体对固体的浸润性的仪器，以及这种仪器的测量方法。
技术介绍
接触角测量仪，主要用于测量液体对固体的接触角，即液体对固体的浸润性。该仪器能测量各种液体对各种材料的接触角。该仪器对石油，印染，医药，喷涂，选矿等行业的科研生产有非常重要的作用。接触角测量仪一般由背景光源、样品台、液体进样模块、成像模块和图像分析软件模块构成。其中背景光源一般采用可调亮度的单色冷光发光二极管背光光源，成像模块一般采用标准电荷耦合器摄像机和连续变倍显微镜镜头。成像精度、图像处理算法是接触角测量系统精度的重要决定因素。随着微小尺度液体对固体的接触角的测量需求的发展，通过放大1000倍-1500倍的光学显微镜头准确测量微小尺度下液体对固体的接触角需要更高的测量精度。在高精度测量标准下，背景光源的强度、波长非常影响被测样品的成像精度。随着光源选择的变化，成像系统对图像检测精度的影响不同。在传统的接触角测量仪中，在白光源背光照明模式下，未被液滴遮挡的白光源的光直接经过连续变倍显微镜头在标准电荷耦合器摄像机中成像；被液滴遮挡的白光源的光则需要经过被测液滴折射后再经过连续变倍显微镜头在标准电荷耦合器摄像机中成像。首先由于不同波长的光在被测液体中的折射率不同，从而被测液滴折射的不同波长的光在电荷耦合器摄像机的成像位置不同，并因而在电荷耦合器摄像机中成像的液滴边界处存在边界模糊区域。这种色散现象影响了高精度接触角测量的成像精度，尤其是影响微米数量级精度的固体表面被测液体样品的成像精度。其次在白光源背光照明模式下白光经过液滴边缘产生白光衍射，由于白光由各种可见光复合而成的复色光，每种光的波长都不相同，所以衍射的条纹宽度也不同，经过连续变倍显微镜头在标准电荷耦合器摄像机中产生间隔较密的彩色衍射条纹，使得电荷耦合器摄像机中的成像失去清晰的轮廓。此外，环境杂散光被测液滴上产生的散射光、反射光，也进一步模糊了在电荷耦合器摄像机中成像的液滴边界。因而，改进现有接触角测量系统，消除上述边界模糊的因素，实现高精度接触角测量，特别是微小尺度下液体对固体的接触角高精度测量具有一定科研、生产的意义。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术旨在提供一种通过改进的背光光源、成像模块和图像分析软件模块的接触角测量系统及其测量方法。本专利技术的目的之一就是科学、高精度地获取液体对固体的成像，高精度地实现接触角测量，尤其是高精度地获取微米数量级精度的固体表面被测液体样品的成像及对应的接触角测量。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种接触角测量系统及其测量方法，所述接触角测量系统包括背景光源、样品台、液体进样模块、成像模块和图像分析软件模块构成。所述背景光源为高精度接触角测量系统成像提供复合光背景光源和单色光背景光源，所述单色光背景光源为由可见光红光波段发光二极管灯、红外波段发光二极管灯、可见光绿色波段发光二极管灯、可见光蓝色波段发光二极管等构成；所述成像模块为连续变倍显微镜镜头与红外感光增强的摄像机构成。所述样品台为常规接触角测量仪所述样品台，为行业共识。所述液体进样模块为常规接触角测量仪所述液体进样模块，为行业共识。所述图像分析软件模块与上述背景光源、样品台、液体进样模块、成像模块相配合，科学、高精度地获取液体对固体的成像，并高精度地实现接触角测量。本专利技术的接触角测量系统的测量方法为：步骤A、通过液体进样模块在样品台滴注被测液滴。步骤B、通过背景光源，轮流向被测液滴提供白光背光照明、红外波段背光照明、可见光红光背光照明、可见光绿光背光照明、可见光蓝光照明。步骤C、在步骤B所述的五种背光照明模式下，被测液滴经过连续变倍显微镜头在摄像机分别成像。步骤D、图像分析软件模块对基于五种背光照明模式下的成像进行图像处理，分别获得五种背光照明模式下的成像测量液体对固体边界。步骤E、将步骤D获得的白光背光照明、可见光红光背光照明、可见光绿光背光照明、可见光蓝光照明下的四种成像中的测量液体对固体边界进行重叠，以四种成像中的测量液体对固体边界平均位置所为获得的高精度边界。本步骤的理论依据在于可见光以及近红外光谱条件下，波长越长折射率越大，可知白光背光照明模式因其为复色光，从而在液滴边存在色散现象，进而相对于红外波段背光照明、可见光红光背光照明、可见光绿光背光照明、可见光蓝光照明模式下摄像机中成像的液滴边界相对模糊；同样，根据在可见光以及近红外光谱条件下，波长越长折射率越大的原则，红外波段背光照明、可见光红光背光照明、可见光绿光背光照明、可见光蓝光照明模式下摄像机中对应四种成像中液滴边界逐步收拢。而且在白光源背光照明模式下白光经过液滴边缘产生白光衍射，由于白光由各种可见光复合而成的复色光，每种光的波长都不相同，所以衍射的条纹宽度也不同，经过连续变倍显微镜头在摄像机中产生间隔较密的彩色衍射条纹，而在可见光红光背光照明、可见光绿光背光照明、可见光蓝光照明模式下摄像机中对应三种成像中液滴边界产生衍射条纹间隔较大。其中可见光红光背光照明、可见光绿光背光照明、可见光蓝光照明模式下摄像机中对应三种成像中液滴边界，应该分别位于白光背光照明下的成像中的测量液体对固体边界的外沿、中间和内沿。所以白光背光照明、可见光红光背光照明、可见光绿光背光照明、可见光蓝光照明下的四种成像中的测量液体对固体边界进行重叠，以四种成像中的测量液体对固体边界平均位置所为获得的高精度边界。步骤F、将步骤E获得的测量液体对固体边界与步骤D获得的红外波段背光照明下的成像中的测量液体对固体边界进行图像匹配，降低环境杂散光被测液滴上产生的散射光、反射光对摄像机中成像的液滴边界模糊作用。本步骤的理论基于在于接触角测量中，由于被测环境中的杂散光为可见光，这些被测环境中的杂散可见光在被测液滴上产生的散射光、反射光在摄像机的成像中产生亮斑、噪音和模糊的边界。而在红外波段背光照明下，未被液滴遮挡的红外光源的光直接经过连续变倍显微镜头在红外感光增强的摄像机中产生红外感光增强的图像；被测环境中的杂散可见光经过被测液滴反射后再经过连续变倍显微镜头在标准摄像机中成像相对弱化，因而步骤D获得的红外波段背光照明下的成像质量相对提高，步骤D获得的红外波段背光照明下的成像中测量液体对固体边界相对清晰。以步骤D获得的红外波段背光照明下的成像中测量液体对固体边界为模板与将步骤E获得的测量液体对固体边界进行图像匹配，可降低环境杂散光被测液滴上产生的散射光、反射光对摄像机中成像的液滴边界模糊作用。本专利技术至少包括以下有益效果：本专利技术削减了白光背光照明模式下白光色散现象对接触角测量的成像精度的影响；本专利技术削减了在白光源背光照明模式下白光经过液滴边缘产生白光衍射对接触角测量的成像精度的影响；本专利技术削减了环境杂散光被测液滴上产生的散射光、反射光对接触角测量的成像精度的影响。附图说明图1为本专利技术所述的接触角测量系统的主要结构示意图。其中1为被测液体，2为背景光源向被测液体发出的背景光。图2为本专利技术所述的接触角测量系统的背景光源的前视图。其中1为红光发光二极管线段，2为绿光发光二极管线段，3为均光板，4为红外发光二极管线段，5为蓝光发光二极管线段图3为本专利技术所述的接触角本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.接触角测量系统及其测量方法，其特征在于：提供复合光背景光源和单色光背景光源，通过不同背光照明模式下的成像测量液体对固体边界的平均位置获得的高精度成像测量液体对固体边界。

【技术特征摘要】
1.接触角测量系统及其测量方法，其特征在于：提供复合光背景光源和单色光背景光源，通过不同背光照明模式下的成像测量液体对固体边界的平均位置获得的高精度成像测量液体对固体边界。2.根据权利要求1所述接触角测量系统，其特征在于：所述接触角测量系统包括背景光源、样品台、液体进样模块、成像模块和图像分析软件模块构成。3.根据权利要求2所述背景光源，其特征在于：所述背景光源包括复合光背景光源和单色光背景光源，所述单色光背景光源为由可见光红光波段发光二极管灯、红外波段发光二极管灯、可见光绿色波段发光二极管灯、可见光蓝色波段发光二极管中的一种或...

【专利技术属性】
技术研发人员：田汉民，张天，赵昆越，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：发明
国别省市：天津,12