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第四代Young-Laplace方程擬合算法-ADSA-RealDrop算法真正實現無“觸”不在的接觸角測值

點擊次數:5527    發布時間:2022-09-26 00:00:00

相較于圓擬合、橢圓擬合條件下的數碼量角器而言,接觸角測量儀具有其非常明顯的特征以及性要求,即要求能夠修正重力或浮力(如有)的影響,同時,測值接觸角值時,必須綜合考慮表面張力、接觸角以及界面張力的綜合影響。目前,從學科上來講,只有Young-Laplace方程擬合才能夠實現測試界面化學意義上的接觸角的目的。

在其他文章中,我們對接觸角測值中采用圓擬合、橢圓擬合進行了對比,以及對國內外不同的Young-Laplace方程擬合技術也進行了對比,具體請參考相關文章的描述。

目前主流的接觸角測試算法主要有兩種,其技術對比如下所示:

種為基于Select Plance算法的Young-Laplace方程擬合技術。這種算法從表面上無法判斷出其采用何種算法計算Bond系數,而在實際運行中,其顯著特征為不能計算左、右接觸角值,會挑液滴接觸角圖片,換言之,對于部分特殊的接觸角圖片,特別是高于120度以上接觸角值的圖片,其測值明顯偏大(從擬合特征來看,顯示為擬合線在水平線位置10-30像素左右往內收縮)。

ADSA-RealDrop算法基于ADSA-P算法,在擬合分析計算Bond系數上具有獨特的算法,即采用了兩次擬合曲線算法,從而實現了液滴輪廓分析從軸對稱向非軸對稱的轉變。本項技術已經在中國取得了發明。

如下,我們采用基于Select Plane算法的Young-Laplace方程擬合技術和ADSA-RealDrop算法對同一張圖片進行了分析。相關結果如下:

原圖如下所示,此圖為氣泡捕獲法時拍攝下的隱形眼鏡上的接觸角實際圖譜:

24位接觸角圖片

8位接觸角圖片(采用Select Plane算法時只能采用8位算法,因而精度會差一些,無法達到亞像素級別)

擬合效果如下:

1、基于Select Plane算法的軟件的擬合結果如下所示:明顯地,計算角度值顯示為382度,這是不合理的結果。且,擬合效果上出現了明顯的擬合輪廓線與實際的邊緣輪廓出現大偏差的情況。

2、采用ADSA-RealDrop算法的擬合計算接觸角值的結果為——明顯地,ADSA-RealDrop算法的找到并計算得出了左、右角度值的不同,且左、右兩側的擬合結果非常平滑,與真實液滴輪廓匹配。

3、圓擬合時的計算接觸角值的結果如下所示:明顯的,左側的邊緣輪廓沒有擬合上,這就是ADSA-RealDrop的優勢所在(能夠分析出接觸角值的左、右區別)。

 

綜合如上可以得出的結論為:

1、第二代或第三代的Young-Laplace方程擬合技術,特別是Select Plane算法時的Young-Laplace方程擬合技術無法具有通用性,即對于某些不符合其參數的圖片是無法進行接觸角測值分析的。這個與接觸角測量儀測試的基本要求,即通用性的要求有差距;

2、ADSA-RealDrop可以適用于包括前進、后退角、3D接觸角等等非常復雜的接觸角測值,擬合成功率高。結合CAST3的手自一體功能,從而真正實現了任意圖片均可以分析得到滿意、重復性好的接觸角值,也真正做到了接觸角測值的無“觸”不在!

 

選點選面法

Selected Plane Method

基于selected planeYoung-Laplace 方程擬合法

ADSA-RealDrop

缺點:

優點:

1、次擬合分析邦德系Bond Number時,由于所采用的關鍵點較少,易受測點位置噪聲影響

1、測試操作簡單,精度高

2、計算精度受公式或查找表格相關修正因子或參數的影響較大

2、化程度高,測試數據的可信度高,測值引用文獻多

3、分析表面張力時,需要采用與標定參數時同樣的條件(或針頭的直徑、針頭的材質、溫濕度條件等),測值結果存在不確定性

3、無系數標定,不受針頭直徑、材質等因素影響

4、只能用于分析軸對稱的液滴,易受振動影響

4、可以應用于非軸對圖像的液滴表面張力分析

5、測試精度一般,重復性一般

5、不易受振動的影響

6、全自動化程度差

只能測試部分Bond Number范圍內的液滴外形的表面張力值,不能測試所有范圍的液滴形狀

6、可以用于測試超低界面張力如0.001mN/m,以及超高表面張力(如熔化的金屬)

優點:

缺點:

經典測試方法

解決了測試速度和測值全自動問題,在20世紀90年代中期的計算機技術條件下,達到這個水平已經基本滿足要求

相較于稱重原理的表面張力儀,測值精度及重復性略低,通常為1mN/m,而稱重法時可以達到0.2mN/m

 

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