基于三维重建的液滴接触角测量方法

针对不均匀材料表面的液滴2D投影接触角存在误差,且仅有少数国际设备商提供三维接触角测量方案。本文提出一种基于三维重建的液滴接触角测量方法,旨在提供一个完整且效果可行的的三维接触角测量解决方案。该系统利用阵列圆点结构光进行三维检测,适用于接触角小于90°且具良好漫反射的液体。主要步骤包括:特征区域筛选、三维点云获取、液滴曲面拟合和接触角测量。其中,图像预处理部分,提出了基于HSV空间结合形态学操作的方法;在特征区域筛选中,提出一种面积筛选法;通过几何计算完成二维点云到三维点云的转换;提出点云匹配算法以优化点云融合。与二维测量方法对比,实验结果表明,本文方法在测量精度和可靠性上均有显著提升,实现了最大误差小于1°,大部分误差小于0.5°,并能进一步分析材料的物理特性及表面均匀性。

水和乙二醇在特氟龙表面的本征接触角测量

开发了一种通过对基板施加超声振动实现对液滴本征接触角测量的新方法.通过此方法发现无论液滴是否润湿基板,当对基板施加超声振动时前进接触角显著减少,停止超声振动时接触角迅速增加.使用超声振动之前获得的前进接触角和停止超声后获得的后退接触角的值来推测液滴的本征接触角,测得水在特氟龙表面的本征接触角为(96±2)°,乙二醇在特氟龙板上的本征接触角为(75±1)°.

用视频光学接触角测量仪研究润湿性变化

油层的润湿性对孔隙中流体的分布具有重要的影响作用。驱油实验前进行的洗油过程所用的甲苯是亲油的,这必然会改变岩心的润湿性;同时,水对岩心长时间的冲洗也可能影响岩心的润湿性。为了研究这些因素对润湿性的影响水平,采用德国Dataphysics公司生产的视频光学接触角测量仪,结合水洗油实验,研究了洗油过程中岩心润湿性的变化趋势。实验结果表明,洗油过程和驱油过程会影响岩心的润湿性,洗油后岩心接触角变大,但长时间水洗可基本消除这一影响。因此,洗油后需要对岩心水洗一段时间再进行驱油实验,以消除洗油过程对润湿性的影响。

表面接触角测量装置的设计

介绍了一种用于测量表面接触角的简易装置,目的是为材料表面的润湿性实验研究过程提供一种简易专用装置和方法,替代昂贵的专用测量仪器,用于快速评估被测样品表面的接触角。装置由样品台、光学系统、三维平移台、移液器和计算机组成,对被测样品表面具有一定体积的液滴通过光学系统成像,并将CCD相机与计算机相结合,对液滴形态图像进行存储和分析,从而得到被测样品的表面接触角。对装置的结构、功能和使用方法进行了介绍。

J6928轴承接触角测量仪的开发

J6928轴承接触角测量仪由驱动机构、加载机构和电器控制部分构成,其把轴承看作是一个行星齿轮系统,根据行星轮系间的运动关系,经过计算,精确地测量出轴承的接触角,具有操作简便,精度高和重复性好的特点,适用于大型角接触球轴承接触角的测量。

基于实践能力培养的接触角测量实验教学模式探索

物理学专业的培养目标是培养掌握物理学的基本理论与方法,具有良好的数学基础和实验技能,能在物理学或相关的学科技术领域中从事科研、教学、技术应用和管理工作的高素质应用型人才。文章以接触角测量实验教学为载体,阐述如何通过促进教学模式的转变,让学生在掌握基本的物理学知识的基础上,使动手能力、创新思维能力和团结协作精神得到培养。该作者重点探索了该实验教学模式,并综合科学研究对教学内容进行更新,有助于培养学生的实践能力和创新精神,提升科学素质。

一种新的边界提取算法及其在接触角测量中的应用

提出一种基于子图像邻域梯度信息度量的边界提取算法,通过构造邻域信息映射矩阵并利用矩阵梯度信息度量值提取图像目标的有效边界,详细阐述了应用本文算法实现劣质液滴图像的边界检测及接触角测量的方法与步骤。实验结果表明:本文算法能有效地提取劣质液滴图像的目标边界,完成液滴接触角的自动计算,接触角计算结果与人工计算结果基本一致。

基于螺线拟合的高精度接触角测量方法

液滴在表面上的接触角是表征材料表面性能的重要参数,在流体力学、表面化学、医学等学科中具有重要应用。高精度的接触角测量与三相接触点的准确定位和拟合曲线的吻合程度密不可分,因此提出一种新的接触角测量方法。首先,基于Harris角点检测算法实现液滴三相接触点的自动检测,通过角点间的距离进行筛选,在筛选出角点的基础上进行亚像素角点检测,得到精确的三相接触点的位置。其次,针对多项式曲线拟合疏水和超疏水液滴轮廓不准确的问题,使用对数螺线和阿基米德螺线对液滴轮廓进行拟合,并求出拟合曲线在三相接触点处的切线,得到准确的接触角测量值。最后,对多幅液滴图片进行测量验证,结果表明本方法不仅适用于测量静态接触角,还适用于测量动态接触角,且接触角自动测量结果与电子量角器测量结果基本一致。

液体在毛细微孔中接触角测量方法

建立了液体在毛细微孔中接触角的测量方法。主要介绍了微孔式接触角测量仪的组成、测量方法及数据处理方法。二次蒸馏水与正十四烷烃在石英毛细管中接触角的测量结果表明该仪器测量数据的重复性好、稳定性高。根据测量结果,讨论了液体在毛细管中接触角随着毛细管径的变化规律,接触角随着毛细管管径的减小而增大。

基于自制接触角测量仪的温拌阻燃沥青接触角测量

基于自制接触角测量仪,制定适合沥青接触角测量的测样方法与测试数据评定方法,测定了不同掺量下Sasobit温拌沥青、阻燃沥青、温拌阻燃沥青与蒸馏水、甘油、甲酰胺3种试液的接触角。结果表明自制接触角测量仪使用镜像测量法可精确测量沥青的接触角,温拌剂对沥青接触角的影响大于阻燃剂,阻燃沥青接触角普遍大于温拌沥青。

影响储集岩接触角测量的因素

许多人已经在着手研究提高原油采收率(IOR)的方法。但是，研究仍然停留在使用实际岩心样品定量评价油层润湿性上面。接触角是测量储集岩优先亲和性的最常见的方法之一。本项研究的主要目的是使用悬滴法来研究油滴量、盐水矿化度、含有饱和流体的岩石、油酸量和温度对碳酸盐储集岩润湿性的影响。16次实验采用的方法是，把10，15，20，25ml的油滴分别滴入矿化度为0，50000，100000，150000ppm的NaCl盐水中。做这种实验的目的是为了研究油滴量和矿化度对接触角的影响。在完成的3次实验中，用含酸量为0．374，0．561和0．986mgKOH／g的原油样品研究了含酸量对接触角的影响；另有3次实验采用盐水、原油和聚合物溶液研究了含有饱和流体的岩石对接触角的影响；最后，有2次实验研究了温度对接触角的影响。以上所有实验都采用的是实际岩石和原油样品。结果表明在达到了临界水矿化度时存在着一个特定的油滴量。这种临界水矿化度是油滴量对接触角没有影响时的矿化度。岩石润湿性下降低于临界矿化度和上升超过临界矿化度都取决于油滴量。所获取的结果表明，含有饱和流体的岩石在测量接触角中起着重要的作用。结果还表明随着原油中的含酸量增加，接触角降低。因此，预计含有低酸油的碳酸盐岩油藏比含有高酸油的碳酸盐岩油藏更具有亲油特性。温度和油浸流体粘度的增加能使所测量的接触角减小。本项研究结果已形成了一个新的临界矿化度的概念，并且有助于更好地理解影响使用接触角技术测量润湿性的一些因素。

JJF 2099—2024《光学接触角测量仪校准规范》解读

JJF 2099—2024《光学接触角测量仪校准规范》的发布实施统一了光学接触角测量仪的校准方法,保证了此类设备量值的准确统一。文章介绍了JJF 2099—2024的制定背景,对其中的主要内容、技术指标、校准方法进行了解释和说明,阐明了校准仪器过程中需要注意的问题,便于相关技术人员加深对该规范的理解,正确执行该规范。

三点四点接触球轴承测量接触角的计算方法

在测量三点四点接触球轴承接触角时，以往采用测量角接触球轴承的计算方法，由于计算沟底直径选用的方法不同，测量的结果会造成一定的测量误差，由算例可知相差近５０′。本文改进了三点四点接触球轴承沟底直径的取值方法，推导出三点四点接触球轴承测量接触角的计算方法，减小了测量误差。附图２幅，参考文献４篇。

球轴承接触角测量仪的动态不确定度

考虑球轴承接触角测量仪的自身动态特性、轴承外圈的试验转速、试验加载力对测量仪测量精度的影响,建立了测量仪的动态不确定度计算模型。针对小样本试验测试结果,采用灰色理论的方法评价了球轴承接触角测量结果的不确定度。基于不确定度的分离原理,分离出测量仪的自身动态特性、外圈转速、试验加载力对测量不确定度的影响规律,建立了接触角测量的动态不确定度计算模型,并通过实际算例验证了模型。建立的测量仪动态不确定度计算模型可用于预测不同工况下的接触角测量不确定度,有助于及时对测量仪进行相应的校准,以提高接触角测量结果的精度。

基于晶格Boltzmann方法研究曲面上接触角的测量算法

接触角是衡量液体在固体表面润湿的重要特征量。目前已经有一些方法模拟固体表面上液滴的接触角现象并测量接触角的大小,但曲面上液滴的接触角测量方法都较为复杂。本文基于化学势的多弛豫晶格Boltzmann方法,提出一种简单高效的测量曲面上液滴接触角的方法。对曲面基板设置一系列的化学势,通过计算曲面上固定液滴的接触角,观察不同化学势下液滴在曲面上的润湿性。在不考虑重力的理想情况下,本文方法得到的接触角和球冠法的计算结果相比,最大误差在3°左右,符合良好。在考虑重力的影响时,不同尺寸的液滴在重力作用下会发生不同程度的形变,此时球冠模型不再适用,而本文模型计算得到的接触角基本不变,与微观接触角和重力无关的理论预期一致。

憎水性对量角法用于静态接触角计算时准确性的影响

为获得量角法的适用性,系统地研究了憎水性对其计算准确性的影响。基于Young-Laplace方程产生了接触角在5°～175°范围内的水珠边缘,同时用接触角测量仪和数码相机从近似超亲水到超疏水材料表面分别拍摄了15和10张水珠图像,选择多个测试者对所得图像运用量角法计算接触角。结果表明：1张图像平均计算时间为6～14s;不同人和不同次计算结果之间存在差别,不同测试者之间计算结果最大差距可达15.65°,同一测试者10次计算结果的最大差距可达28.10°;数码相机拍摄得到液滴图像的计算误差要大于接触角测量仪所得图像的;随着接触角的增加,量角法计算误差幅值有增大的趋势,在超疏水情况下量角法计算结果往往较准确值偏小,偏小2.40°～26.86°,此时量角法不适合用于接触角计算。当试验对接触角测量准确性有一定要求时,可选用一种根据憎水性和水珠体积大小自适应选择圆拟合算法、椭圆拟合算法和轴对称液滴边缘形状分析算法的方法。当试验对接触角测量结果的准确性要求不高,且需要测试的液滴图像数量不大时,可选用量角法计算接触角,此时应该选择熟练的操作人员。

接触角的图像处理与检测

介绍了接触角法测定表面洁净度的基本原理,并针对表面液滴图像的特点,采用图像处理技术测量表面接触角。首先利用中值滤波算法对图像进行预处理;然后利用边缘检测和轮廓跟踪等算法提取液滴的边界曲线;最后采用以多项式作为基函数的最小二乘拟合算法拟合液滴边界曲线,继而求导得到接触角。结果表明,当选用四阶或五阶多项式为拟合函数,拟合采样点选取在60~200个范围内时,该软件测量接触角的精度高于德国KRU SS光学接触角测量仪DSA 100的测量精度,且与手动测量接触角的结果相比较,误差值均小于2°。

接触角用于可湿性特征化

一项新的标准ASTM7334《使用前进接触角测量涂层、基片和颜料表面可湿性的方法》将通过使用接触角测量方法来测定表面的可湿性。ASTMD7334由分委员会D01．23“涂膜的物理特性”制定。

卷积神经网络超分辨率杨氏接触角图像测量系统

为提高接触角测量的精度,制备了一套采用卷积神经网络图像超分辨率算法(SRCNN)的接触角测量系统,采用SRCNN图像重建得到高分辨率图像以提高系统稳定性。该系统实现量高法、多项式拟合法、Young-Laplace方程拟合法三种方法进行接触角重复性测量实验,其中多项式拟合法和Young-Laplace方程拟合法的动态精度分别可以达到±0.25°,±0.1°,较传统方法分别提高0.1°,0.2°,实现了高精度接触角测量。

浮选颗粒条栅结构表面润湿行为特性研究

矿物颗粒间表面润湿性差异是浮选成功的关键,受表面化学性质与物理形貌结构的双重影响。为进一步明确表面物理形貌结构对液滴在矿物颗粒表面上润湿行为的影响,采用光刻显影技术制备了5种具有不同粗糙度系数和表面面积分数的条栅结构聚二甲基硅氧烷(PDMS)表面,并利用自制的动/静态接触角测量系统及润湿三相接触线行为测试系统对液滴在PDMS表面上的润湿行为进行了测试。动/静态接触角测试结果表明:当表面粗糙度系数相同时,固体表面面积分数增加,条栅结构表面不同润湿方向上的接触角均呈减小趋势,而当表面面积分数相同时,条栅结构表面不同润湿方向上的接触角则与固体表面粗糙度系数呈正相关;此外,各样品表面垂直于条栅结构方向的动/静态接触角均大于平行方向(即θ_(⊥)>θ_(∥)),且不同润湿方向上接触角的差异随样品表面润湿性的增强而减小。动态接触角测试结果还表明:表面接触角滞后(Δθ=θ_(a)-θ_(r))与表面面积分数呈正相关,而与表面粗糙度系数呈负相关,且前进与后退接触角的预测值与试验值基本吻合,说明动态接触角能够真实地反映固体表面润湿性;此外,在液滴滚动时,其运动行为总是周期性地发生后端接触线先从固体表面分离,而后液滴重新与固体表面发生黏附形成新的前端接触线的过程,这种运动特性在不同条栅结构表面上完全相同。润湿三相接触线行为测试结果表明:液滴在条栅结构表面优先沿着条栅结构方向润湿或去润湿,而跨越条栅结构润湿时,受表面微结构的“钉扎”作用,润湿半径远小于平行润湿方向,且三相接触线在不同条栅结构表面的移动均呈现“解钉—钉扎—再解钉—再钉扎”的一种断续周期性过程。研究结果深化了矿物颗粒表面物理形貌结构对其润湿行为特性的影响,可为后续通过表面形貌调控颗粒表面润湿性起到一定的理论支撑作用。