一种基于光学测量的接触角测量装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种基于光学测量的接触角测量装置，包括：扩束器设置在激光器的出射光的光路上；凸透镜设置在扩束器的透射光的光路上；凸透镜的透射光为平行光；半透半反镜设置在凸透镜的透射光的光路上；反射镜与半透半反镜平行，反射镜设置在半透半反镜的透射光的光路上；储液池用于储存待测液体，储液池设置于半透半反镜和反射镜的反射光的光路上，观察屏设置于待测液体曲面反射光的光路上。本实用新型专利技术的接触角测量装置，通过测量弯曲液面的斜率进而获得接触角；可灵活切换测量不同固‑液之间的接触角；且测量成本低，易于操作。

A Contact Angle Measuring Device Based on Optical Measurement

【技术实现步骤摘要】
一种基于光学测量的接触角测量装置
本技术属于接触角测量
，特别涉及一种基于光学测量的接触角测量装置。
技术介绍
接触角是材料表面润湿性能的重要参数，在药物开发、矿物浮选和石油开采等都具有重要意义。通过接触角的测量可以获得材料表面固-液相互作用的许多信息，接触角测量方法可以按不同的标准进行分类。按照直接测量物理量的不同,可分为量角法、测力法、长度法和透过法等，测量接触的装置主要有接触角测量仪，这类设备往往结合图像处理技术，通过分析液滴的形状图像，再由软件数值计算分析获得液体的表面张力系数和接触角，现有的接触角测量装置对待测液滴的形状有要求，实验设备也相对比较昂贵，且难以灵活切换测量不同固-液之间的接触角。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种基于光学测量的接触角测量装置，以解决上述存在的技术问题。本技术的接触角测量装置，通过测量弯曲液面的斜率进而获得接触角；可灵活切换测量不同固-液之间的接触角；且测量成本低，易于操作。为达到上述目的，本技术采用以下技术方案：一种基于光学测量的接触角测量装置，包括：激光器，用于作为光源；扩束器，扩束器设置在激光器的出射光的光路上；凸透镜，凸透镜设置在扩束器的透射光的光路上；凸透镜与扩束器之间间隔预设距离，凸透镜的透射光为平行光；半透半反镜，半透半反镜设置在凸透镜的透射光的光路上；反射镜，反射镜与半透半反镜平行，反射镜设置在半透半反镜的透射光的光路上；储液池，储液池用于储存待测液体，储液池设置于半透半反镜和反射镜的反射光的光路上，半透半反镜和反射镜的反射光能够射入储液池的待测液体中；观察屏，观察屏设置于待测液体曲面反射光的光路上，用于接收待测液体的反射光。进一步的，还包括：狭缝光阑；狭缝光阑设置在凸透镜和半透半反镜之间；狭缝光阑设置于凸透镜的透射光的光路上；半透半反镜设置于狭缝光阑的透射光的光路上。进一步的，狭缝光阑的狭缝宽度尺寸可调。进一步的，还包括：接触装置；接触装置安装在储液池上；接触装置包括：平板夹；平板夹的数量为2个，两个平板夹通过连接杆相连接；每个平板夹均包括：插槽和调节固定旋钮；调节固定旋钮设置于插槽上，用于固定插入插槽中的平板。进一步的，插槽中设置有调节垫片。进一步的，凸透镜的透射光为水平方向的平行光，半透半反镜的镜面与水平面呈45°夹角。进一步的，激光器、扩束器和凸透镜同轴设置。进一步的，激光器为He-Ne激光器。进一步的，扩束器与凸透镜的间距为190mm。与现有技术相比，本技术具有以下优点：本技术的接触角测量装置，装置主要为光路和储液装置两部分组成，利用半透半反镜将光线分为两束等宽激光束入射到液面；通过将两块不同材质的平板单侧表面置于同一平面内，在测量时不用考虑边界入射光线的绝对位置，可实现以相对测量代替绝对测量。通过测量入射光线经弯曲液面反射在观察屏上的亮场边缘改变量与光屏位置改变量的比值来实现实验测量操作；在测量弯曲液面在边界入射光线处的曲面斜率时，通过移动观察屏位置，只需要测量亮场边缘改变量与光屏位置改变量的比值即可实现曲面斜率测量，操作简单。本技术测量时选用已知接触角的材料，对待测材料进行测量，以相对测量代替绝对测量，具有较高的可操作性。在接触角测量的研究中，存在着大量关于接触角测量值的报道，便于选取材料进行实验；另外，通过本技术的装置可测量多种不同材质的平板的接触角。本技术的测量装置适用于光学方法测量，为非接触测量，对液体无损，测量高效，观察光屏上亮场分布现象明显容易获得测量数据。测量装置为不同单一原件按照一定方式放置、连接而成，具有使用方便，便于携带等优点。本技术通过测量弯曲液面的斜率进而获得接触角，不通过液滴测量，适用范围更广。本装置可实现以相对代替绝对测量，可灵活切换测量不同固-液之间的接触角；具有无损、非接触、准确性高的特点，且测量成本低，易于操作。进一步的，光路系统中采用光阑控制平行激光束边界位置，能够进一步提高测量的精确性。进一步的，接触装置利用平板夹实现两块不同材质的平板竖直置于液体中并保证两平板与液体接触表面在同一平面内，便于更换不同材质的平板，在提高测量精确性的同时，能够提高测量的效率。附图说明图1是本技术的一种基于光学测量的接触角测量装置的光路系统的结构示意图；图2是本技术的一种基于光学测量的接触角测量装置的光路系统的部分结构示意图；图3是本技术的一种基于光学测量的接触角测量装置的接触装置中通过狭缝光阑处理前后的对比示意图；图4是本技术的一种基于光学测量的接触角测量装置的接触装置与储液池的结构示意图；图5是本技术的一种基于光学测量的接触角测量装置的接触装置的结构示意图；图6是本技术的测量原理几何关系示意图；图7是本技术测量中参数C与接触角的对应关系示意图；图1至图7中，1激光器；2扩束器；3凸透镜；4狭缝光阑；5半透半反镜；6反射镜；7观察屏；8接触装置；9置物架；10底座；11插槽；12调节固定旋钮；13调节垫片；14连接杆。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本技术做进一步详细说明。请参阅图1至图3，本技术的一种基于光学测量的接触角测量装置，包括：激光器1、置物架9、底座10、扩束器2、凸透镜3和光阑。激光器1为He-Ne激光器；激光器1与扩束器2的间隔为15mm，扩束器2与凸透镜3的间隔为190mm。激光器1、扩束器2以及凸透镜3分别安装于一个置物架9上，置物架9分别通过支撑杆和一个底座10相连接，底座10均放置在光学实验平台上。扩束器2、激光器1及凸透镜3共轴设置，通过调节扩束器2与凸透镜3之间的间距获得平行准直的激光束。凸透镜3后方的狭缝光阑4与凸透镜3共轴放置，狭缝宽度可调，用于控制透过激光束边界光线的位置，经过狭缝光阑4的激光束再经过半透半反镜，第一半透半反镜与水平方向成45°角放置，使得激光束一部分竖直向下投射，另一部分沿原路前进，向下投射的激光束为直线的边界光线，其投射到弯曲液面上，当边界光线与接触材料平面平行时，其反射光线形成明亮区域边缘的直线为边界光线反射的位置。经过反射镜的光束与之同理，因此在观察屏7上会形成两个明场区域。由于接触装置8可以保证两种不同材料一侧的表面在同一平面内，经过半透半反镜和反射镜的光束宽度和距离平板表面距离也相同，通过调整光阑控制边界光线移动的距离仍然相同，正如公式(5)所描述的关系，实现对接触角的测量。请参阅图4和图5，图4所示：样品池即储液池，用于盛放液体，图5所示两个相同型号的平板架连接起来用于固定不同材料的平板，转动调节旋钮，带动刚性垫片移动，既能使得两种不同材料的平板表面的一侧处于同一平面内，又不要要求选择的两块平板厚度相同，从而增强实验的可操作性。本技术中激光器1发出的高斯光束经扩束器2、凸透镜3后形成准直平行光束，如图2所示；该光束横截面为圆形，利用狭缝光阑4控制透过光束的边界光线，如图3所示；使得经半透半反镜竖直入射到弯曲液面相同高度的位置，入射光线经弯曲液面反射在观察屏7上形成明亮区域，明亮区域与暗区分解除形成一条直线，该直线是边界光线反射的位置，如图6所示。本技术的工作原理：在液体中插入一平板，由于润湿效应，在平板表面形成的弯曲液面，保持平板竖直，并以平本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于光学测量的接触角测量装置，其特征在于，包括：激光器(1)，用于作为光源；扩束器(2)，扩束器(2)设置在激光器(1)的出射光的光路上；凸透镜(3)，凸透镜(3)设置在扩束器(2)的透射光的光路上；凸透镜(3)与扩束器(2)之间间隔预设距离，凸透镜(3)的透射光为平行光；半透半反镜(5)，半透半反镜(5)设置在凸透镜(3)的透射光的光路上；反射镜(6)，反射镜(6)与半透半反镜(5)平行设置，反射镜(6)设置在半透半反镜(5)的透射光的光路上；储液池，储液池用于储存待测液体，储液池设置于半透半反镜(5)和反射镜(6)的反射光的光路上，半透半反镜(5)和反射镜(6)的反射光能够射入储液池的待测液体中；观察屏(7)，观察屏(7)设置于待测液体曲面反射光的光路上，用于接收待测液体的反射光。

【技术特征摘要】
1.一种基于光学测量的接触角测量装置，其特征在于，包括：激光器(1)，用于作为光源；扩束器(2)，扩束器(2)设置在激光器(1)的出射光的光路上；凸透镜(3)，凸透镜(3)设置在扩束器(2)的透射光的光路上；凸透镜(3)与扩束器(2)之间间隔预设距离，凸透镜(3)的透射光为平行光；半透半反镜(5)，半透半反镜(5)设置在凸透镜(3)的透射光的光路上；反射镜(6)，反射镜(6)与半透半反镜(5)平行设置，反射镜(6)设置在半透半反镜(5)的透射光的光路上；储液池，储液池用于储存待测液体，储液池设置于半透半反镜(5)和反射镜(6)的反射光的光路上，半透半反镜(5)和反射镜(6)的反射光能够射入储液池的待测液体中；观察屏(7)，观察屏(7)设置于待测液体曲面反射光的光路上，用于接收待测液体的反射光。2.根据权利要求1所述的一种基于光学测量的接触角测量装置，其特征在于，还包括：狭缝光阑(4)；狭缝光阑(4)设置在凸透镜(3)和半透半反镜(5)之间；狭缝光阑(4)设置于凸透镜(3)的透射光的光路上；半透半反镜(5)设置于狭缝光阑(4)的透射光的光路上。3.根据权利要求1所述的一种基于光学测量的接触角...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗道斌，骞来来，师博，秦毅盼，岳宗敏，周臣，
申请(专利权)人：陕西科技大学，
类型：新型
国别省市：陕西,61