CN108152174A - 便携式固体表面接触角测量装置及测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种便携式固体表面接触角测量装置及测量方法，其中装置部分包括：可在水平面上移动的载物台、朝向载物台且水平设置的单色LED光源和设置在载物台与单色LED光源之间且竖直设置的准直镜、朝向载物台且与单色LED光源和准直镜对向设置的图像采集装置和设置在载物台与图像采集装置镜头之间的放大目镜、以及设置在载物台上方且垂直于载物台所在平面的注射泵；待测固体水平放置在所述载物台上表面，使注射泵滴落的液滴落在待测固体表面。本发明及其优选的技术方案操作简单、设计精简、结构轻巧、便于携带和成本低廉。
Description
技术领域
本发明属于固体表面接触角测量领域，尤其涉及一种便携式固体表面接触角测量装置及测量方法。
背景技术
测量液体对固体接触角，可以有效评估液体对固体表面的浸润性，分析材料亲疏水性、表面张力和自由能等，在研究和生产的过程中具有很重要的意义。现有的接触角测量仪通常将精密光学***和CCD摄像头结合，使液滴影像显示在计算机屏幕并对图像实时测量，但缺点在于过于笨重，制作工艺复杂，不便携带，且成本高昂。
发明内容
为了解决现有技术存在的空白和不足，本发明采用以下技术方案：
一种便携式固体表面接触角测量装置，其特征在于，包括：可在水平面上移动的载物台、朝向载物台且水平设置的单色LED光源和设置在载物台与单色LED光源之间且竖直设置的准直镜、朝向载物台且与单色LED光源和准直镜对向设置的图像采集装置和设置在载物台与图像采集装置镜头之间的放大目镜、以及设置在载物台上方，且垂直于载物台所在平面的注射泵；待测固体水平放置在所述载物台上表面，使注射泵滴落的液滴落在待测固体表面。
优选地，所述单色LED光源发出的光经准直镜后平行照射于待测固体表面。
优选地，所述图像采集装置通过放大目镜，并经过变焦和/或对焦，获得所述注射泵滴落的液滴在待测固体表面的落点处的清晰放大图像。
优选地，所述图像采集装置为带有摄像功能的智能手机；所述图像采集装置通过智能手机的摄像功能进行接触角测量的图像采集。
优选地，所述载物台与一“凵”形支架构成长键和键槽的连接，载物台可相对支架水平滑动；所述支架的两边凸部高于载物台上表面，所述单色LED光源和准直镜设置在一边凸部，所述放大目镜和图像采集装置设置在另一边凸部。
优选地，所述支架的两边凸部上各设置水平设置有两个可竖直升降的定位架，所述定位架的最高位置高于载物台上表面；所述单色LED光源通过定位架A定位，所述准直镜通过定位架B定位；所述放大目镜通过定位架C定位；所述图像采集装置通过定位架D定位。
优选地，所述载物台上设置有构成矩形排布的两组共4个张紧轮装置；所述张紧轮装置上设置有夹持部；所述张紧轮的张紧力通过电机或手动调节。
优选地，所述载物台的外部设置有宽度小于支架槽部的壳体，所述壳体上表面设置有供液滴穿过的定位孔，靠近所述支架凸部的两侧面上各开设有一条槽道，使单色LED光源、准直镜、待测固体表面、放大目镜和图像采集装置之间能够形成完整光路。
以及，本发明优选方案中装置的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：将待测固体设置在载物台上表面，使待测固体的上表面保持水平；
步骤2：调节注射泵和待测固体的相对位置，确定液滴的落点；
步骤3：调整单色LED光源和准直镜与待测固体的相对位置，使平行照射于待测固体表面，且覆盖液滴的落点；
步骤4：调整放大目镜和智能手机相机镜头与待测固体的相对位置，使智能手机屏幕上能够观察到待测固体上表面液滴的落点处的清晰放大图像；
步骤5：开启智能手机的摄像模式，对液滴下落至液滴与待测固体表面的过程进行摄像；
步骤6：从步骤5获取的摄像录像中提取液滴与固体表面接触的瞬时图像，以计算接触角。
本发明及其优选的的技术方案操作简单、设计精简、结构轻巧、便于携带和成本低廉，利用可随时拆卸的模块化的简单组件，搭建了精度能够满足现实需求的测量平台，尤其是利用了目前已经完全普及的智能手机作为图像采集装置，极大地降低了成本，为新材料高效表征提供了更灵活的可靠平台，乃至可以推广成为教学和科普的常规设备，具备广泛的应用前景和很高的市场价值。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步详细的说明：
图1是本发明实施例整体结构示意图1；
图2是本发明实施例整体结构示意图2；
图3是本发明实施例测量方法流程示意图；
图中：1-载物台；2-单色LED光源；3-准直镜；4-放大目镜；5-图像采集装置；6-注射泵；7-液滴；8-支架；9-壳体；10-待测固体；81-定位架A；82-定位架B；83-定位架C；84-定位架D；91-定位孔；92-槽道。
具体实施方式
为让本专利的特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，作详细说明如下：
如图1所示，本实施例装置包括：可在水平面上移动的载物台1、朝向载物台1且水平设置的单色LED光源2和设置在载物台1与单色LED光源2之间且竖直设置的准直镜3、朝向载物台1且与单色LED光源2和准直镜3对向设置的图像采集装置5和设置在载物台1与图像采集装置5镜头之间的放大目镜4、以及设置在载物台1上方，且垂直于载物台1所在平面的注射泵6；待测固体10水平放置在载物台1上表面，使注射泵6滴落的液滴7落在待测固体10表面。
在本实施例使用状态下，单色LED光源2发出的光经准直镜3后平行照射于待测固体10表面。图像采集装置5通过放大目镜4，并经过变焦和/或对焦，获得注射泵6滴落的液滴7在待测固体10表面的落点处的清晰放大图像。现有的主流品牌和型号的智能手机的相机分辨率和变焦/对焦功能已足够满足本发明实施例所需求的图像采集要求和精度。
在本实施例中，图像采集装置5为带有摄像功能的智能手机；图像采集装置5通过智能手机的摄像功能进行接触角测量的图像采集。
如图2所示，本发明实施例中，载物台1与一“凵”形支架8构成长键和键槽的连接，载物台1可相对支架8水平滑动；支架8的两边凸部高于载物台1上表面，单色LED光源2和准直镜3设置在一边凸部，放大目镜4和图像采集装置5设置在另一边凸部。
其中，支架8的两边凸部上各设置水平设置有两个可竖直升降的定位架，定位架的最高位置高于载物台1上表面；单色LED光源2通过定位架A81定位，准直镜3通过定位架B82定位；放大目镜4通过定位架C83定位；图像采集装置5通过定位架D84定位。
载物台1的外部设置有宽度小于支架8槽部的壳体9，壳体9上表面设置有供液滴7穿过的定位孔91，靠近支架8凸部的两侧面上各开设有一条槽道92，使单色LED光源2、准直镜3、待测固体10表面、放大目镜4和图像采集装置5之间能够形成完整光路，该设置因光路基本处于封闭环境中，成像效果更佳。
此外，本发明实施例中，载物台1上设置有构成矩形排布的两组共4个张紧轮装置；张紧轮装置上设置有夹持部，用于将待测固体10为柔性材料的情况下，在载物台1上张紧，以形成可供测量的水平面状态；张紧轮的张紧力通过电机或手动调节。
本实施例中，载物台1、支架8、壳体9由环保材料聚乳酸3D打印快速成型，整体尺寸约为10.0×3.0×3.0 cm，质量约为280 g，完全符合轻巧、便携、廉价、环保的市场和社会需求。
如图3所示，本发明实施例装置的测量方法包括以下步骤：
步骤1：将待测固体10设置在载物台1上表面，使待测固体10的上表面保持水平；
步骤2：调节注射泵6和待测固体10的相对位置，确定液滴7的落点；
步骤3：调整单色LED光源2和准直镜3与待测固体10的相对位置，使平行照射于待测固体10表面，且覆盖液滴7的落点；
步骤4：调整放大目镜4和智能手机相机镜头与待测固体10的相对位置，使智能手机屏幕上能够观察到待测固体10上表面液滴7的落点处的清晰放大图像；
步骤5：开启智能手机的摄像模式，对液滴7下落至液滴7与待测固体10表面的过程进行摄像；
步骤6：从步骤5获取的摄像录像中提取液滴7与固体表面接触的瞬时图像，以计算接触角。
由于当前智能手机的功能和计算性能已经十分完善，本发明实施例相对于现有技术的优势还建立在，智能手机现有的图像处理软件可以快捷地提取固体表面接触的瞬时图像，同时，通过编程形成的智能手机app（如可以将现有的适用于计算机终端的接触角分析和测量软件程序移植到智能手机的操作平台）更可进一步实现接触角测量和分析，这可以使本发明实施例提供的设计方案，从效率上全面优于现有技术和设备。
本专利不局限于上述最佳实施方式，任何人在本专利的启示下都可以得出其它各种形式的便携式固体表面接触角测量装置及测量方法，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本专利的涵盖范围。
Claims (9)
1.一种便携式固体表面接触角测量装置，其特征在于，包括：可在水平面上移动的载物台、朝向载物台且水平设置的单色LED光源和设置在载物台与单色LED光源之间且竖直设置的准直镜、朝向载物台且与单色LED光源和准直镜对向设置的图像采集装置和设置在载物台与图像采集装置镜头之间的放大目镜、以及设置在载物台上方且垂直于载物台所在平面的注射泵；待测固体水平放置在所述载物台上表面，使注射泵滴落的液滴落在待测固体表面。
2.根据权利要求1所述的便携式固体表面接触角测量装置，其特征在于：所述单色LED光源发出的光经准直镜后平行照射于待测固体表面。
3.根据权利要求2所述的便携式固体表面接触角测量装置，其特征在于：所述图像采集装置通过放大目镜，并经过变焦和/或对焦，获得所述注射泵滴落的液滴在待测固体表面的落点处的清晰放大图像。
4.根据权利要求3所述的便携式固体表面接触角测量装置，其特征在于：所述图像采集装置为带有摄像功能的智能手机；所述图像采集装置通过智能手机的摄像功能进行接触角测量的图像采集。
5.根据权利要求1所述的便携式固体表面接触角测量装置，其特征在于：所述载物台与一“凵”形支架构成长键和键槽的连接，载物台可相对支架水平滑动；所述支架的两边凸部高于载物台上表面，所述单色LED光源和准直镜设置在一边凸部，所述放大目镜和图像采集装置设置在另一边凸部。
6.根据权利要求5所述的便携式固体表面接触角测量装置，其特征在于：所述支架的两边凸部上各设置水平设置有两个可竖直升降的定位架，所述定位架的最高位置高于载物台上表面；所述单色LED光源通过定位架A定位，所述准直镜通过定位架B定位；所述放大目镜通过定位架C定位；所述图像采集装置通过定位架D定位。
7.根据权利要求5所述的便携式固体表面接触角测量装置，其特征在于：所述载物台上设置有构成矩形排布的两组共4个张紧轮装置；所述张紧轮装置上设置有夹持部；所述张紧轮的张紧力通过电机或手动调节。
8.根据权利要求5所述的便携式固体表面接触角测量装置，其特征在于：所述载物台的外部设置有宽度小于支架槽部的壳体，所述壳体上表面设置有供液滴穿过的定位孔，靠近所述支架凸部的两侧面上各开设有一条槽道，使单色LED光源、准直镜、待测固体表面、放大目镜和图像采集装置之间能够形成完整光路。
9.根据权利要求4所述便携式固体表面接触角测量装置的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：将待测固体设置在载物台上表面，使待测固体的上表面保持水平；
步骤2：调节注射泵和待测固体的相对位置，确定液滴的落点；
步骤3：调整单色LED光源和准直镜与待测固体的相对位置，使平行照射于待测固体表面，且覆盖液滴的落点；
步骤4：调整放大目镜和智能手机相机镜头与待测固体的相对位置，使智能手机屏幕上能够观察到待测固体上表面液滴的落点处的清晰放大图像；
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