一種液滴靜態接觸角的測定方法
【專利摘要】一種液滴靜態接觸角的測定方法，首先在材料表面滴水，然后使用數碼影像設備在垂直于材料表面對平面上的液滴進行拍照，獲得液滴圖像，并使用邊緣檢測算子對該液滴圖像進行處理，獲得液滴邊緣；之后將液滴邊緣點數據由直角坐標系轉變為極坐標系，繼而采用多項式擬合方法擬合液滴邊緣，再將液滴邊緣由極坐標系轉變為直角坐標系，最后計算在固、液、氣三相交界點處液滴邊緣的斜率，由該斜率求得靜態接觸角。本發明先將直角坐標系轉換為極坐標系后再對液滴邊緣進行擬合，由于液滴邊緣在極坐標系下更接近于多項式，因此接觸角的計算精度更高，而且轉換為極坐標系后參與擬合邊緣的點數較多，抗干擾能力更強。
【專利說明】一種液滴靜態接觸角的測定方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種可精確測定材料表面水珠靜態接觸角的方法，屬于測量技術領 域。
【背景技術】
[0002] 憎水性是表征材料表面可浸潤性的一個重要參數。材料表面的憎水性越好，污穢 和水等越不容易吸附在材料表面，材料的防污、防水和防冰性越好。材料表面的憎水性越 差，液體與固體之間的吸附作用越強。因此憎水性的檢測在科學和工程中有著極其廣泛的 應用。
[0003] 憎水性通常用接觸角（即在固、液、氣三相交界處，自固-液界面經過液體內部到 氣-液界面之間的夾角）來衡量，但直接根據圖像準確獲得接觸角并不容易。一種方法是 通過量角器直接測量液滴的靜態接觸角，但由于液滴的體積較小，而人的肉眼對切線的分 辨力有限，因此測量精度受人為因素影響較大。
[0004] 目前，測量靜態接觸角的主流方法為基于擬合的方法，多項式擬合方法具有獨特 的優點，無需考慮液滴邊緣所滿足的理論方程，無需要求液滴在水平面上也無需要求液滴 邊緣對稱且逼近能力比較強。該方法的難點在于對于不同的接觸角和液滴體積，固、液、氣 三相交界點附近液滴邊緣的曲率及其變化情況不同，難以獲得具有廣泛適用性的待擬合邊 緣長度和擬合階數的選擇準則。同時由于其僅僅利用了固、液、氣三相交界點附近的邊緣， 抗干擾能力也不強，尤其是多項式階數選擇較大時，在該方法基礎上的多種改進方法仍然 不能有效克服該方法的以上缺點，影響了該方法的推廣應用。
【發明內容】
[0005]本發明的目的在于針對現有技術之弊端，提供一種液滴靜態接觸角的測定方法， 以克服現有多項式擬合方法計算誤差偏大，抗干擾能力差的不足。
[0006]本發明所述問題是以下述技術方案實現的： 一種液滴靜態接觸角的測定方法，所述方法首先在材料表面滴水，然后使用數碼影像 設備在垂直于材料表面對平面上的液滴進行拍照，獲得液滴圖像，并使用邊緣檢測算子對 該液滴圖像進行處理，獲得液滴邊緣；之后將液滴邊緣點數據由直角坐標系轉變為極坐標 系，繼而采用多項式擬合方法擬合液滴邊緣，再將液滴邊緣由極坐標系轉變為直角坐標系， 最后計算在固、液、氣三相交界點處液滴邊緣的斜率，由該斜率求得靜態接觸角。
[0007] 上述液滴靜態接觸角的測定方法，所述方法包括以下步驟： a. 在材料表面滴水，使用數碼影像設備在垂直于材料表面對平面上的液滴進行拍照， 獲得液滴圖像； b. 使用邊緣檢測算子對液滴圖像進行處理，提取液滴邊緣，設獲得的液滴邊緣點數為 況直角坐標系下液滴邊緣由數組CT(/?)，7(/?))表示，其中Z(/7)為第點的橫坐標，7(/?)為 第點的縱坐標，/7=1，2， C.將液滴邊緣點數據由直角坐標系轉變為極坐標系，設頂點序號為7,第個液滴邊緣 點對應的極徑r(/7)和極角0(/?)的計算公式如下：
【權利要求】
1. 一種液滴靜態接觸角的測定方法，其特征是，所述方法首先在材料表面滴水，然后使 用數碼影像設備在垂直于材料表面對平面上的液滴進行拍照，獲得液滴圖像，并使用邊緣 檢測算子對該液滴圖像進行處理，獲得液滴邊緣；之后將液滴邊緣點數據由直角坐標系轉 變為極坐標系，繼而采用多項式擬合方法擬合液滴邊緣，再將液滴邊緣由極坐標系轉變為 直角坐標系，最后計算液滴邊緣在固、液、氣三相交界點的斜率，由該斜率求得靜態接觸角。
2. 根據權利要求1所述的液滴靜態接觸角的測定方法，其特征是，所述方法包括以下 步驟： a. 在材料表面滴水，使用數碼影像設備在垂直于材料表面對平面上的液滴進行拍照， 獲得液滴圖像； b. 使用邊緣檢測算子對液滴圖像進行處理，提取液滴邊緣，設獲得的液滴邊緣點數為 況直角坐標系下液滴邊緣由數組cr(/?)，H/?))表示，其中於/7)為第/7點的橫坐標， 為第點的縱坐標，/7=1，2，…，Ar; C.將液滴邊緣點數據由直角坐標系轉變為極坐標系，設頂點序號為7,第/7個液滴邊緣 點對應的極徑r(/7)和極角0(/7)的計算公式如下：
d. 采用多項式擬合的方法擬合液滴邊緣： 在極坐標系下極角0與極徑r成多項式關系，其表達式如下所示：
通過最小二乘擬合方法獲得最佳的系數c,.，i=0，1，…，靡3上式對應多項式的階 數；； e. 將液滴邊緣由極坐標轉換為直角坐標，結果如下：
f. 計算液滴邊緣在固、液、氣三相交界點的斜率:
g.由斜率Jt計算靜態接觸角： 左側接觸角心由下式計算： P1=ISOatan(幻/ JT，如果左多〇; <9L=180atan(幻 /π+180,如果KO; 右側接觸角&由下式計算： <9R=180_180atan(幻/n，如果々>〇 ; <9R=_180atan(幻/π，如果衫 〇。
3.根據權利要求2所述的液滴靜態接觸角的測定方法，其特征是，在計算液滴邊緣在 固、液、氣三相交界點的斜率Jt之前，應通過坐標旋轉使液滴邊緣圖像中的固-液界面與直 角坐標系的X軸平行。
4.根據權利要求3所述的液滴靜態接觸角的測定方法，其特征是，所述數碼影像設備 為數碼相機或CCD傳感器。
【文檔編號】G01N13/00GK104458505SQ201410622988
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年11月9日 優先權日:2014年11月9日
【發明者】徐志鈕 申請人:華北電力大學（保定）