基于數(shù)字圖像處理多孔金屬材料浸潤(rùn)性能測(cè)量裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及金屬材料浸潤(rùn)性能的測(cè)量，尤其涉及基于數(shù)字圖像處理多孔金屬材料浸潤(rùn)性能測(cè)量裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]多孔金屬材料即內(nèi)部彌散分布著大量的有方向的或隨機(jī)的孔洞的金屬材料，由于其具有高比表面積、良好的導(dǎo)熱能力及導(dǎo)電能力，所以被廣泛應(yīng)用于航空航天交通運(yùn)輸建筑工程機(jī)械工程電化學(xué)工程環(huán)境保護(hù)工程等眾多領(lǐng)域。浸潤(rùn)性是多孔金屬材料的關(guān)鍵性指標(biāo)之一，對(duì)多孔金屬材料中流體運(yùn)動(dòng)的規(guī)律及有關(guān)的生產(chǎn)過程有重要影響。
[0003]通常，浸潤(rùn)性能是通過測(cè)量液體工質(zhì)在多孔介質(zhì)材料上液滴擴(kuò)散情況來(lái)判斷。目前，針對(duì)多孔介質(zhì)材料浸潤(rùn)性能測(cè)量主要有滴液觀察法和吸液稱重法。滴液觀察法是采用高速攝像儀對(duì)液滴在多孔介質(zhì)材料中的擴(kuò)散過程進(jìn)行拍攝，但由于液體工質(zhì)大多是無(wú)色液體，用肉眼難以精確判斷液滴在多孔介質(zhì)中的擴(kuò)散邊緣。為突顯液體工質(zhì)在多孔介質(zhì)中的擴(kuò)散過程，有些研究者嘗試在液體工質(zhì)內(nèi)加入熒光染料等感光元素，但是此時(shí)液體工質(zhì)的物理性質(zhì)(如表面張力、粘度等)也發(fā)生了改變，由此導(dǎo)致的測(cè)量失真無(wú)法剔除，影響了測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。吸液稱重法是將多孔介質(zhì)材料放入液體工質(zhì)中一段時(shí)間，通過測(cè)量實(shí)驗(yàn)前后其質(zhì)量的變化量來(lái)衡量多孔介質(zhì)材料浸潤(rùn)性能優(yōu)劣。此方法可以在一定程度上反映多孔介質(zhì)材料的浸潤(rùn)性，但不能對(duì)其浸潤(rùn)均勻性作出定量的評(píng)價(jià)，因此不能全面的反映多孔介質(zhì)材料的浸潤(rùn)質(zhì)量。由上可以看出，現(xiàn)有的測(cè)試方法均難以實(shí)現(xiàn)對(duì)多孔介質(zhì)材料浸潤(rùn)性能的全面、準(zhǔn)確、定量研究。因此，需采用新穎的方法來(lái)準(zhǔn)確判斷液體工質(zhì)在多孔介質(zhì)擴(kuò)散邊緣，定量測(cè)量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本實(shí)用新型的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)和不足，提供了可準(zhǔn)確識(shí)別液滴擴(kuò)散邊緣、定量獲得擴(kuò)散區(qū)域直徑以及擴(kuò)散速度的基于數(shù)字圖像處理多孔金屬材料浸潤(rùn)性能測(cè)量裝置。
[0005]本實(shí)用新型通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
[0006]基于數(shù)字圖像處理的多孔金屬材料浸潤(rùn)性能測(cè)量裝置，包括用于放置樣品I的測(cè)試平臺(tái)6、置于平臺(tái)6上方的超景深顯微鏡3、與超景深顯微鏡3連接的計(jì)算機(jī)4、置于平臺(tái)6—側(cè)的用于注射去離子水5的注射器2 ;所述計(jì)算機(jī)4內(nèi)包括一個(gè)Matlab數(shù)字圖像處理模塊。
[0007]所述注射器5通過活動(dòng)支架設(shè)置在平臺(tái)6的一側(cè)。
[0008]所述注射器5的傾斜安裝在活動(dòng)支架上，傾斜角度為水平面夾角30°至50°。
[0009]上述測(cè)量裝置對(duì)多孔金屬材料浸潤(rùn)性能的測(cè)量方法，包括如下步驟:
[0010](I)取待測(cè)試多孔金屬材料的樣品I置于超景深測(cè)試平臺(tái)并固定；
[0011](2)調(diào)節(jié)超景深顯微鏡3使待測(cè)試樣本呈現(xiàn)清晰的圖像，拍攝放大圖片并記錄放大倍數(shù)S ;
[0012](3)開啟超景深顯微鏡3的錄像功能，用注射器2在樣品I上滴2 μ I去離子水5，記錄去離子水5在樣品I中的擴(kuò)散過程，并將監(jiān)測(cè)記錄傳送至計(jì)算機(jī)4儲(chǔ)存；
[0013](4)處理監(jiān)測(cè)記錄以確定液滴擴(kuò)散邊緣，獲得去離子水5液滴的擴(kuò)散區(qū)域直徑以及擴(kuò)散速率。
[0014]所述步驟(4)中，處理監(jiān)測(cè)記錄的方法如下:
[0015](1-1)連續(xù)捕獲監(jiān)測(cè)記錄每一幀圖片選取未滴去離子水時(shí)的圖片，將其作為背景圖片；
[0016](1-2)選取液滴剛開始擴(kuò)散時(shí)的圖片作為O時(shí)刻的圖片，根據(jù)錄像采樣頻率，計(jì)算選取不同時(shí)刻的圖片作為擴(kuò)散圖片；
[0017](1-3)通過Matlab數(shù)字圖像處理模塊讀取背景圖片及擴(kuò)散圖片的像素值，將兩幅圖片像素值做減法運(yùn)算得到差值圖像，即得到去離子水5液滴的擴(kuò)散區(qū)域邊緣；
[0018](1-4)測(cè)量液滴擴(kuò)散區(qū)域大小并乘以圖像放大比例s獲得擴(kuò)散區(qū)域直徑，進(jìn)而通過擴(kuò)散時(shí)間獲得擴(kuò)散速率。
[0019]所述樣品I為電沉積金屬多孔銅薄膜。
[0020]本實(shí)用新型相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，具有如下的優(yōu)點(diǎn)及效果:
[0021]本實(shí)用新型利用液滴在多孔金屬材料中擴(kuò)散導(dǎo)致擴(kuò)散區(qū)域圖像與背景圖像相比圖像像素發(fā)生變化的特點(diǎn)，運(yùn)用數(shù)字圖像處理方法準(zhǔn)確獲得液滴擴(kuò)散過程及液滴擴(kuò)散區(qū)域邊緣，進(jìn)而定量計(jì)算液滴擴(kuò)散直徑和液滴擴(kuò)散速率，解決了滴液觀察法中液滴擴(kuò)散區(qū)域邊緣模糊不易定位的問題。
[0022]本實(shí)用新型不僅適用于多孔金屬材料浸潤(rùn)性測(cè)量，也可以用于其它多孔介質(zhì)材料浸潤(rùn)性測(cè)量。特別的次測(cè)量方法尤其適用于對(duì)無(wú)色透明的工質(zhì)在多孔金屬材料浸潤(rùn)性測(cè)量，且無(wú)需添加熒光染料等添加劑，不會(huì)引起工質(zhì)物性發(fā)生改變，從而能夠準(zhǔn)確地獲得多孔金屬材料浸潤(rùn)性能。
[0023]本實(shí)用新型可直接獲得液滴擴(kuò)散過程及擴(kuò)散區(qū)域，通過擴(kuò)散區(qū)域形狀進(jìn)而評(píng)價(jià)多孔金屬材料擴(kuò)散性能的均勻性優(yōu)劣，有效地解決了吸液稱重法中測(cè)量結(jié)果不全面的缺陷。
【附圖說明】
[0024]圖1為本實(shí)用新型測(cè)試裝置示意圖；圖中:樣品I ;注射器2 ;超景深顯微鏡3 ;計(jì)算機(jī)4 ;去離子水5 ;平臺(tái)6。
[0025]圖2為A樣品的表面顯微形貌。
[0026]圖3為B樣品的表面顯微形貌。
[0027]圖4為運(yùn)用數(shù)字圖像方法所得到的A樣品不同時(shí)刻的第一種差值電鏡圖像。
[0028]圖5為運(yùn)用數(shù)字圖像方法所得到的A樣品不同時(shí)刻的第二種差值電鏡圖像。
[0029]圖6為運(yùn)用數(shù)字圖像方法所得到的A樣品不同時(shí)刻的第三種差值電鏡圖像。
[0030]圖7為運(yùn)用數(shù)字圖像方法所得到的B樣品不同時(shí)刻的第一種差值電鏡圖像。
[0031]圖8為運(yùn)用數(shù)字圖像方法所得到的B樣品不同時(shí)刻的第二種差值電鏡圖像。
[0032]圖9為運(yùn)用數(shù)字圖像方法所得到的B樣品不同時(shí)刻的第三種差值電鏡圖像。
[0033]圖10為兩種不同工藝參數(shù)制備的多孔金屬材料的擴(kuò)散區(qū)域半徑隨時(shí)間變化測(cè)量結(jié)果。
[0034]圖11為兩種不同工藝參數(shù)制備的多孔金屬材料的擴(kuò)散速率隨時(shí)間變化測(cè)量結(jié)果O
【具體實(shí)施方式】
[0035]下面結(jié)合圖1至11具體實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步具體詳細(xì)描述。
[0036](I)制備兩種不同工藝參數(shù)的電沉積多孔銅薄膜，它們工藝參數(shù)分別是:
[0037]圖2中，A樣品:電流密度0.1 A/cm2,沉積時(shí)間150s ；
[0038]圖3中，B樣品:電流密度I A/cm2，沉積時(shí)間15 s ;
[0039](2)分別選取圖2和圖3中的A樣品、B樣品，放置在超景深顯微鏡工作臺(tái)上，調(diào)節(jié)焦距獲得清晰的放大圖像，拍攝圖片并記錄圖像放大倍數(shù)，然后用微型注射器在兩種不同樣品上滴2 μ I去離子水用超景深顯微鏡上記錄液滴在不同樣品上的擴(kuò)散過程，記錄時(shí)間為10s，錄像采樣品頻率為28幀/s，操作溫度為21°C ;
[0040](3)分別連續(xù)捕獲兩個(gè)監(jiān)測(cè)記錄每一幀圖片，提取背景圖片；
[0041](4)選取液滴擴(kuò)散起始圖片其編號(hào)為n，選取圖片編號(hào)為n+14，n+28的圖片，即選取液滴在樣品上擴(kuò)散時(shí)間為0.5s，Is的圖片作為擴(kuò)散圖片(這里的擴(kuò)散時(shí)間可以根據(jù)具體情況自行選取)，運(yùn)用Matlab軟件對(duì)背景圖片及擴(kuò)散圖片進(jìn)行差值處理，獲得差值圖像，處理程序具體如下:
[0042]%讀取背景圖片像素
[0043]background = imread( ‘i_background.bmp，)；
[0044]R_back = background(:,:, I)；
[0045]G_back = background(:,:, 2)；
[0046]B_back = background(:,:, 3)；
[0047]%讀取擴(kuò)散圖片像素
[0048]i_wetting = imread( ‘i_wetting.bmp，)；
[0049]R_wetting = i_wetting(:,:, I)；
[0050]G_wetting = i_wetting(:,:, 2)；
[0051]B_wetting = i_wetting(:,:, 3)；
[0052]%背景圖片像素與擴(kuò)散圖片像素相減的到差值圖片像素
[0053]R_difference = R_wetting-R_back ；
[0054]G_difference = G_wetting_G_back ；
[0055]B_difference = B_wetting_B_back ；
[0056]i_difference = cat(3, R_difference, G_difference, B_difference)；
[0057]%輸出差值圖像
[0058]imwrite(i_difference, ’ i_difference’ )；
[0059]差值圖像后處理:圈出液滴擴(kuò)散區(qū)域，并根據(jù)超景深拍攝的圖像放大倍數(shù)計(jì)算液滴擴(kuò)散區(qū)域半徑，進(jìn)而根據(jù)擴(kuò)散時(shí)間得到擴(kuò)散速率；根據(jù)液滴擴(kuò)散區(qū)域的形狀來(lái)評(píng)價(jià)工藝參數(shù)制備樣品的擴(kuò)散均勻性。
[0060]如上所述，本實(shí)用新型通過超景深顯微鏡記錄液滴在多孔金屬材料上的擴(kuò)散過程，處理監(jiān)測(cè)記錄以定量獲得液滴擴(kuò)散邊緣及擴(kuò)散速度。本實(shí)用新型液滴在多孔金屬材料中擴(kuò)散導(dǎo)致擴(kuò)散區(qū)域圖像與背景圖像相比圖像像素發(fā)生變化的特點(diǎn)，運(yùn)用數(shù)字圖像處理技術(shù)準(zhǔn)確獲得液滴擴(kuò)散過程及液滴擴(kuò)散區(qū)域邊緣，進(jìn)而定量計(jì)算液滴擴(kuò)散直徑和液滴擴(kuò)散速率，解決了滴液觀察法中液滴擴(kuò)散區(qū)域邊緣模糊不易定位的問題，尤其適合無(wú)色透明液體工質(zhì)的擴(kuò)散，為多孔金屬材料浸潤(rùn)性的測(cè)試評(píng)價(jià)提供了可靠的手段，此方法還能夠拓展應(yīng)用于其它多孔介質(zhì)材料浸潤(rùn)性的測(cè)試。
[0061]本實(shí)用新型實(shí)施方式并不受上述實(shí)施例的限制，其他任何未背離本實(shí)用新型的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡(jiǎn)化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于數(shù)字圖像處理的多孔金屬材料浸潤(rùn)性能測(cè)量裝置，其特征在于包括用于放置樣品(I)的測(cè)試平臺(tái)(6)、置于平臺(tái)(6)上方的超景深顯微鏡(3)、與超景深顯微鏡(3)連接的計(jì)算機(jī)(4)、置于平臺(tái)(6) —側(cè)的用于注射去離子水(5)的注射器(2);所述計(jì)算機(jī)(4)內(nèi)包括一個(gè)Matlab數(shù)字圖像處理模塊。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)量裝置，其特征在于:所述注射器(2)通過活動(dòng)支架設(shè)置在平臺(tái)(6)的一側(cè)。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的測(cè)量裝置，其特征在于:所述注射器(2)的傾斜安裝在活動(dòng)支架上，傾斜角度為水平面夾角30°至50°。
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了基于數(shù)字圖像處理多孔金屬材料浸潤(rùn)性能測(cè)量裝置，通過超景深顯微鏡記錄液滴在多孔金屬材料上的擴(kuò)散過程，處理監(jiān)測(cè)記錄以定量獲得液滴擴(kuò)散邊緣及擴(kuò)散速度。液滴在多孔金屬材料中擴(kuò)散導(dǎo)致擴(kuò)散區(qū)域圖像與背景圖像相比圖像像素發(fā)生變化的特點(diǎn)，運(yùn)用數(shù)字圖像處理技術(shù)準(zhǔn)確獲得液滴擴(kuò)散過程及液滴擴(kuò)散區(qū)域邊緣，進(jìn)而定量計(jì)算液滴擴(kuò)散直徑和液滴擴(kuò)散速率，解決了滴液觀察法中液滴擴(kuò)散區(qū)域邊緣模糊不易定位的問題，尤其適合無(wú)色透明液體工質(zhì)的擴(kuò)散，為多孔金屬材料浸潤(rùn)性的測(cè)試評(píng)價(jià)提供了可靠的手段，此方法還能夠拓展應(yīng)用于其它多孔介質(zhì)材料浸潤(rùn)性的測(cè)試。
【IPC分類】G01N13/00
【公開號(hào)】CN204855307
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520321486
【發(fā)明人】陸龍生, 張賓, 侯朝睿, 繆利梅, 湯勇
【申請(qǐng)人】華南理工大學(xué)
【公開日】2015年12月9日
【申請(qǐng)日】2015年5月18日