具体实施方式

下面结合附图和一个具体实施例对本发明进行详细说明。

本发明一种不同温度下液滴接触角与滚动角测试装置，结构如图1～图4所示，包括光学平板9，光学平板9上设置有显微镜头固定支架10，显微镜头固定支架10上固定有CCD工业相机11，CCD工业相机11的镜头与显微镜头1固连，显微镜头1沿中轴线在焦点处设置有温度场控制模块2，温度场控制模块2固定于光学平板9上的多自由度载物模块8上，温度场控制模块2顶部设置有微滴管3，微滴管3固定于滴液架4上，光学平板9上还设置有光源固定座7及PID控制器12，光源固定座7顶部固定有滴液架固定块5，滴液架4与滴液架固定块5固定连接，光源固定座7与温度场控制模块2相邻的一面还设置有无影光源6，无影光源6的设置高度与温度场控制模块2保持统一水平。

温度场控制模块2具体结构为：包括由保温腔体支撑板25和保温腔体上盖板24共同围成的立方体空间结构，保温腔体27置于所述立方体空间结构内，保温腔体支撑板25相对两侧分别设置有一对半导体制冷单元21，半导体制冷单元21与PID控制器12电性连接，保温腔体27内部底部用于放置试样28，试样28周围设置有圆环状的电阻式加热环29，电阻式加热环29与PID控制器12电性连接，接触式温度传感器23一端与试样28接触，接触式温度传感器23另一端通过保温腔体上盖板24上的滴液孔22伸出保温腔体上盖板24，接触式温度传感器23与PID控制器12电性连接，接触式温度传感器23、半导体制冷单元21以及电阻式加热环29之间电性连接，保温腔体支撑板25另外两个侧面上还分别设置有观测窗26。

多自由度载物模块8具体结构为：Y轴千分滑台83通过螺栓连接在X轴千分滑台84之上，XY角度滑台82通过螺栓连接在Y轴千分滑台83之上，载物板81则通过沉头螺钉与XY角度滑台82相连接，载物板81上预留有安装所述保温腔体支撑板25的连接孔。在测试时，可通过调节X轴千分滑台84与Y轴千分滑台83，使试样28上表面与显微镜头1的中心轴线相重合，使成像更加清晰。

一种不同温度下液滴接触角与滚动角测试装置的测试方法，基于一种不同温度下液滴接触角与滚动角测试装置，具体按照以下步骤实施：

步骤1、将待测试样28置于保温腔体27的正中心，然后通过调节Y轴千分滑台83和X轴千分滑台84，使试样28上表面中心位置与显微镜头1的中心轴线相重合；

步骤2、启动半导体制冷单元21与接触式温度传感器23，设定目标温度；

步骤3、待接触式温度传感器23测定的试样28表面温度达到目标温度，将微滴管3从上至下的安放在滴液架4上；

步骤4、将液滴通过微滴管3的容量控制作用定量滴下；

步骤5、微调Y轴千分滑台83、X轴千分滑台84位置及显微镜头1焦距，直至能够清晰的看到试样28上的液滴，且所成像中的试样28上表面积聚成一条线，液滴的边缘没有虚影；

步骤6、使用显微镜头1及CCD工业相机11拍摄此时液滴与试样28表面之间的接触图像；

步骤7、缓慢微调XY角度滑台82，当液滴在试样28表面恰巧发生滚动时停止调整，与此同时使用显微镜头1及CCD工业相机11拍摄此时的液滴与试样28表面之间的接触图像，如图7所示；

步骤8、将步骤6和步骤7中所得到的图像进行处理，得到最终该试样28在目标温度下的接触角及滚动角大小，所述接触角结果如图6所示。

步骤8具体如下：

将所获得的图像导入所述CCD工业相机11配套的图像处理软件TCapture中，然后使用边界捕捉功能将角的一边选定在液滴和试样28表面的接触线上，将另一边选定在液滴轮廓线中下半段圆弧的切线上，进而得到最终的接触角及滚动角大小。本发明中用到的CCD相机的厂家是上海普赫，型号为：ISH500。

本发明结构如图1所示，显微镜头1与CCD工业相机11之间通过螺纹连接。连接后，CCD工业相机11悬空，显微镜头1通过箍圈与显微镜头固定支架10固连。显微镜头固定支架10与显微镜头1之间存在橡胶垫圈，便于显微镜头1在安装时进行调整；所述显微镜头1为300倍放大倍率的可调焦距的显微镜头，仅为本发明的优选方案，包括但不限于此，亦可为自动调焦的电子镜头；所述CCD工业相机11为500万像素的全彩相机，根据实际观测需要亦可调整为更高像素解析力的工业相机或高速摄影机等。

本发明所述观测装置的温度场控制模块如图2及图3所示，其中保温腔体支撑板25下表面与多自由度载物模块8中的载物板81相连，保温腔体支撑板25上表面与保温腔体27底部相连；所述保温腔体27沿Z轴方向安装有两个透明的观测窗26，所述保温腔体27沿X轴方向安装有两组半导体制冷单元21，所述保温腔体27底部正中心位置放置待观测试样28，在试样28的周围安装有电阻式加热环29；保温腔体上盖板24中心位置开有一个滴液孔22，滴液孔22旁边安装有接触式温度传感器23，该接触式温度传感器23底部与试样28表面相接触。

本发明所述的温度场控制模块原理图如图5所示，操作人员可在控制面板上根据实验需要输入一个预设的目标温度值，然后控制系统会根据所预设的温度判定进行制冷操作或制热操作；根据本发明所涉及的一个实施例，当需要观测低温环境下的试样时，PID控制器12会根据预设温度输出一个初始电流使半导体制冷单元21开始工作，然后在制冷的过程中，接触式温度传感器23会实时的对试样28的表面温度进行监测，然后将结果反馈至PID控制器12，然后控制器会根据内置的PID算法对输出电流进行调节，控制半导体制冷单元21的实际功率，进而将试样28表面的温度最终维持在预设温度值；根据本发明所涉及的一个实施例，当需要观测高温环境下的试样时，PID控制器12会根据预设温度输出一个基础电流使电阻式加热环29开始制热，然后在对整体环境加热的过程中，接触式温度传感器23会对试样28的表面温度进行实时的监测，然后将监测的温度值反馈至PID控制器12，然后控制器会根据内置算法对输出电流进行调整，控制电阻式加热环29的实际温度，进而使试样28表面温度维持在预设温度值；所述保温腔体27的作用为在半导体制冷单元21作用下保持恒定功率输出的条件下维持较小的温度波动，所述观测窗26选用亚克力材质，具有较高的透光率及较强的绝热性，观测窗大小为两倍试样最大横截面面积。半导体制冷单元21主要器件为半导体制冷片，其制冷温度最低可达-20°；所述电阻式加热环29的主要元件为电阻加热丝，其最高制热温度可达125°；所述接触式温度传感器23其量程区间为-50°～250°，精度为±1％；所述保温腔体27内腔为多孔材料——泡沫塑料，外部包覆一层热发射材料——铝箔制成。

保温腔体支撑板25下表面与多自由度载物模块8中的载物板81相连，保温腔体支撑板25上表面与保温腔体27底部相连；所述保温腔体27沿Z轴方向安装有两个透明的观测窗26，所述保温腔体27沿X轴方向安装有两组半导体制冷单元21，所述保温腔体27底部正中心位置放置待测试试样28；保温腔体上盖板24中心位置开有一个滴液孔22，滴液孔22旁边安装有接触式温度传感器23，该接触式温度传感器23底部与试样28表面相接触。

本发明所述观测装置的多自由度载物模块如图4所示，Y轴千分滑台83通过螺栓连接在X轴千分滑台84之上，XY角度滑台82通过螺栓连接在Y轴千分滑台83之上，而载物板81则通过沉头螺钉与XY角度滑台82相连接。载物板81上预留有安装保温腔体支撑板25的连接孔；所述Y轴千分滑台83和X轴千分滑台84分别在Y轴和X轴方向上有20mm的可调行程，其目地在于观测时将载物板81上所放置的试样与液滴调整至显微镜头的中心轴线上，以期减少图像畸变产生的测试误差；所述XY角度滑台可进行±10°的倾角调节范围，它可在XY平面进行角度转动，其目的是进行装置的调平以及滚动角的测量。本发明涉及的一个具体实施例中，多自由度载物模块8均采用的是手动调节的移动滑台，进一步的，亦可采用步进电机驱动，以提高移动精度及装置自动化水平。

无影光源6为LED无影灯，本实施例中所采用的是最高照度大于7000LM的圆形光源，其亮度可进行无极调节。无影光源6通过胶粘的方式安装在光源固定座7上；无影光源6所发射的光线透过保温腔体27上所开的观测窗26为腔体内的试样28提供照明。

微滴管3安放在滴液架4上，但不进行固连，滴液架4的夹爪内侧安装有橡胶垫，防止微滴管发生窜动；滴液架4通过螺钉与滴液架固定块5相固连；后滴液架固定块5通过螺钉与光源固定座7相固连，从而完成整个结构各部件相对位置的固定。