基于液芯柱透镜测量随浓度变化的液相扩散系数:方法综述

液相扩散系数是溶液浓度的函数D(c),通常采用浓度配对法、Boltzmann-Matano(BM)图解法、Hall解析法和多项式数值逼近等方法测量D(c)关联式.文章在综述以上几种测量方法的基础上,重点介绍了测量D(c)关联式的一种新方法,即BM半解析法.BM半解析法基于液芯柱透镜测量扩散过程中溶液浓度的空时分布函数c_(expt)(x,t)s,结合Hall解析法以及BM图解法,能够快速、准确、稳定地测量D(c)关联式.用BM半解析法测量了葡萄糖水溶液在室温下的D(c)关联式,采用时域有限差分法(FDTD)求解Fick扩散方程,计算了不同D(c)关联式下扩散浓度的空时分布函数,计算结果与实验浓度分布函数c_(expt)(x,t)s进行了分析比较.结果表明,采用FDTD计算并比较实验扩散浓度空时分布的方法,为实测D(c)关联式的正确性提供了一种有效的判断手段.

基于液芯柱透镜实现透明液体质量分数的测量

通过测量基于聚二甲基硅氧烷(PDMS)基片的液芯柱透镜的后焦距,可实现液体折射率的快速测量;根据液体质量分数与折射率之间的良好线性关系,准确计算出待测透明液体的质量分数.搭建光学测量系统,以NaCl溶液和蔗糖溶液为例,构建了液体质量分数与液体折射率的关系模型,实现了溶液质量分数的测量,并对其测量不确定度进行了分析.基于PDMS基片的液芯柱透镜对注入其中的液体折射率的最小分辨能力优于0.0002 RIU,质量分数测量不确定度可控制在0.12%以内.该测量方法适用于微量液体折射率及质量分数的测量.

用液芯柱透镜测量液体折射率

制作了一种液芯变焦柱透镜并将其用于精确测量液体的折射率.在空心的柱透镜内注入待测折射率的液体,通过测量液芯透镜的焦距,根据焦距和折射率之间的关系,计算出液芯介质的折射率.此方法有效地提高了折射率测量的灵敏度,减小了测量系统的景深.选取×20倍显微物镜可实现液体折射率1.3～1.642范围内的精确测量,单次测量误差小于0.000 2.

用双液芯柱透镜测量蔗糖水溶液的液相扩散系数

基于双液芯柱透镜的折射率空间分辨测量精度高的特点,本文采用两种方法在室温(25℃)下分别测量了不同浓度的蔗糖水溶液的液相扩散系数。方法一:等折射率薄层移动法,通过记录扩散过程中特定折射率薄层随时间的变化关系计算液相扩散系数。方法二:瞬态图像分析法,通过读取一幅瞬态扩散图像中图像宽度与扩散位置之间的关系确定液相扩散系数。双液芯柱透镜的前液芯作为扩散池和主要成像元件,后液芯作为消球差辅助系统。充分利用了双液芯柱透镜可以按需减小特定液体薄层处的球差以及能够在一定的折射率范围内同时减小球差,两种方法均具有测量精度高的特点。两种方法的测量结果与文献值的相对误差分别小于1.3%和3.9%,表明用双液芯柱透镜测量液相扩散系数时,测量系统稳定可靠,测量结果准确。

基于液芯柱透镜测量磷肥水溶液的液相扩散系数

磷肥水溶液在水体中的扩散是造成湖泊水质富营养化的重要原因之一。本文基于液芯柱透镜构建的光学检测系统,用“等折射率薄层”移动方法,在室温下(25℃)分别测量了磷酸氢二铵(DAP),磷酸二氢铵(MAP)和磷酸二氢钾(KDP)三种磷肥水溶液的液相扩散系数(D值),测量结果分别为D_(DAP)=(1.012±0.019)×10^(-5)cm^(2)/s,D_(MAP)=(1.030±0.042)×10^(-5)cm^(2)/s和D_(KDP)=(1.019±0.097)×10^(-5)cm^(2)/s,并用“泰勒分散法”验证了测量结果的正确性。三种磷肥水溶液液相扩散系数的准确测量,对湖泊水污染过程数学模型的建立及求解具有重要的应用价值,其在湖泊水污染的防治方面有重要的科学和环保意义。

测量液体折射率的一种新方法——液芯柱透镜散焦宽度法

本文提出了一种基于消球差复合液芯柱透镜快速、准确测量液体折射率的新方法——液芯柱透镜散焦宽度法.该方法利用消球差复合液芯柱透镜在较宽折射率范围内系统球差小、成像准确的特点,基于不同折射率在成像系统上呈现一一对应的散焦图像,仅需采集一幅散焦图像即可得到待测液体的折射率.用该方法测量了室温(20℃)下21组不同液体的折射率,测量结果与用阿贝折射仪测量结果一致,用ZEMAX和光线追迹逐面成像法仿真的散焦宽度图像与实验图像一致.用该方法测量液体折射率具有系统简单、稳定性好、操作简便、测量速度快等特点.

用液芯柱透镜快速测量液相扩散系数-折射率空间分布瞬态测量法

本文提出了一种快速测量液相扩散系数的方法,该方法以液芯柱透镜作为液相扩散池和成像元件,利用柱透镜成像过程中特有的折射率空间分辨测量能力,只需记录一幅瞬态扩散图像,根据图像的像宽与折射率的对应关系,基于扩散定律快速计算出液相扩散系数.实验研究了室温(25C)下乙二醇和纯水间的扩散过程,用折射率空间分布法测量了扩散系数,和其他测量方法得到的结果进行了分析对比,结果表明:用折射率空间分布法测量液相扩散系数具有数据采集耗时短(～20 ms)、测量速度快(<1 s)、精度高(相对误差<3%)和操作简单的特点,为快速测定液相扩散系数提供了一种有效的新方法.

基于双液芯柱透镜测量液相扩散系数-等观察高度测量法

介绍了一种基于双液芯柱透镜(DLCL)测量液相扩散系数的方法-等观察高度测量法,该方法利用双液芯柱透镜的前液芯作为扩散池和主要成像元件,后液芯作为辅助消球差元件。选择双液芯柱透镜上某一固定高度作为观测位置,根据观测位置处扩散图像宽度随时间的变化规律,基于Fick第二定律计算液相扩散系数。用等观察高度测量法测得室温(25℃)下0.33mol/L氯化钾水溶液的扩散系数D=1.8530×10-5 cm2/s,测量结果与文献值之间的相对误差为0.65%。该方法利用双液芯柱透镜在一定折射率范围内减小球差的优势,使得测量液相扩散系数具有精度高(相对误差小于1%)、速度快(测量时间约为60min)和扩散过程可视化的特点。

用等浓度薄层移动法测量液相扩散系数

基于消球差液芯柱透镜特有的浓度空间分辨测量能力,并利用其较宽浓度范围可消除系统像差的特点,采用等浓度薄层移动测量法,在室温下测量了葡萄糖水溶液的液相扩散系数,同时研究了浓度薄层和初始扩散浓度的选取以及柱透镜的焦深对扩散系数测量结果的影响.等浓度薄层移动测量法具有装置和操作简单、扩散过程可视化等特点,是利用基础光学知识和基本光学元器件精确测量液相扩散系数的方法.