具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

光纤阵列动态吸液测试仪用于测试所用液体在待测材料样品上的扩散特性。本实施例中所指的待测材料样品上的扩散特性如下：

液体抵达时间：含水率与时间关系曲线上第一次出现斜率大于或等于tan15°的时刻。

液体吸收速率：材料单位时间含水量的增加率。在含水率变化曲线上为测试时间内，含水率的斜率平均值。

最大浸湿距离：液体在材料表面润湿区域边界距液体滴落点的最远距离。

液体扩散速度：液体在各方向上的传递距离除以液体抵达时间。

单向传递指数：液体从材料的上表面传递至下表面的能力，以材料两面吸液量的差值与测试时间之比表示。

液体动态传递综合指数：液体在材料中的动态传递综合性能的表征。以材料的下表面吸液速率、单向传递指数和液体扩散速度的加权值表示。

请结合图1至图3，光纤阵列动态吸液测试仪包括壳体1、收容在壳体1中的测试箱2，测试箱2内设置有用于承载待测材料样品的样品托架。壳体1可为整体呈矩形结构且具有箱门的箱体。测试箱2可为矩形结构且具有箱门，以便测试箱2的开闭。

测试箱2一侧关于样品托架对称安装有两组激光发射组件，样品托架的上方和下方沿着各自远离样品托架的方向均依次设置有共轴的反光镜9和激光接收组件。在选用反光镜9时需要注意尺寸过大的反光镜会挡住中央部分反射光，过小则无法将所有激光发射至待测材料样品的表面。

反光镜9将激光发射组件发出的激光光束反射在待测材料样品的相应表面上。激光光束在反光镜9上的反射角度为九十度。激光接收组件用于将经由待测材料样品表面反射出的激光光束转化为电信号。

光纤阵列动态吸液测试仪还包括数据处理装置，数据处理装置用于处理电信号，分析出所用液体在待测材料样品上的扩散特性。

光纤阵列动态吸液测试仪的检测方法依次包括如下步骤：

步骤S1：将待测材料样品置于样品托架上，判断待测材料样品的厚度是否大于预定值；

步骤S2：若待测材料样品的厚度小于等于预定值，则向待测材料表面滴落测试液体；先使测试箱内位于待测材料样品上方的激光发射组件向测试箱内发射激光光束结束后，再使测试箱内位于待测材料样品下方的激光发射组件向测试箱内发射激光光束；

步骤S3：激光光束经由反光镜反射至待测材料样品表面后，又在材料样品表面反射接收于激光接收组件；

步骤S4：数据处理装置将激光接收组件所接收的激光光束转化为电信号，并处理分析出所用液体在待测材料样品上的扩散特性。

而在步骤S2中，若待测材料样品的厚度大于预定值，则向待测材料表面滴落测试液体，使测试箱内位于待测材料样品上方和下方的激光发射组件同时向测试箱内发射激光光束。

激光发射组件依次包括光纤脉冲激光器6、光纤分路器7以及发射透镜8。光纤脉冲激光器6用于发射窄脉冲红外激光光束。光纤分路器7用于将发射出的激光光束进行均匀分路。发射透镜8用于收缩分路后的激光光束。

测试箱2上开设有供激光光束输入至测试箱2的光输口13。

激光接收组件包括接收透镜10以及二极管面阵11，二极管面阵11的二极管需要与样品表面反射的光线保持同轴，所以需要考虑激光光纤排列与物象关系。

接收透镜10用于将待测材料样品表面反射出的激光光束折射至二极管面阵11。二极管面阵11用于将经由接收透镜10折射后的激光光束转化为相应的电信号。

本实施例中的光纤脉冲激光器6、光纤分路器7、发射透镜8均通过相应的支架安装在壳体1内，而反光镜9、接收透镜10和二极管面阵11均通过相应的支架安装在测试箱2中。

进一步地，本实施例的光纤阵列动态吸液测试仪光路的具体工作方式具体为，当需要测量液体在待测材料样品上的扩散特性时，先将待测材料样品置于样品托架上，关闭测试箱2和壳体上的箱门，通过蠕动泵将储液槽内的液体输送至测试箱2内的顶部，以使液体滴落在待测材料样品上，液体随即在测试样品表面扩展。通过光纤脉冲激光器6发射窄脉冲红外激光光束，激光光束经过光纤分路器7，把一路激光按照能量均匀分成为多路激光，每一路激光光束从光纤分路器7的光纤阵列出射，光纤分路器7的光纤阵列端面即变为了一个点阵脉冲激光光源，再经发射透镜8使发散的激光光束可以改变为收缩的激光光束，后经反光镜9反射旋转90度后照射于待测材料样品表面，由于液体的扩展，从样品表面反射的光部分发生变化，这些反射光被接收透镜折射后，被测试区箱体顶部的二极管面阵接收，转变为电信号。在测试区下半部分，也有同样的测试激光，可在液体扩展时，实现上下两面同时测量。在测试区底部的数据采集卡将收集到的电信号通过USB接口实时传输至电脑，以获取液体在材料样品上的扩散特性。

由于单模光纤与光器件的耦合相对困难，本实施例采用多模光纤，且外包直径125um，波长则应根据待测液体选配。测量水的波长为980nm，测量油的波长为1100nm为最优。其他液体还需进行实验才能确定。

请结合图2，光纤的排列可为正方形结构，使其纤芯间距为125μm，以构成光纤阵列，从而作为系统的出射端面，每根光纤的另一端以标准的FT/APC接头与光纤分路器7相连。在设备整机设计时，纤芯间距可根据光纤细度进行调整，光纤的排列与二极管面阵11排列的配伍情况可由系统中两组物象关系确定，即：光纤阵列上的发光点与待测材料样品表面的被照点为一组物象关系；待测材料样品表面的被照点与二极管面阵11上的像元点是另一组物象关系。

利用光纤激光器发射入射激光，采用光纤拼接技术的光纤分路器7将激光均匀分路，实现待测样品表面的均匀光强，通过对发射和接收光学系统的特殊设计，可以实现发射光学系统与接收光学系统的共光轴。这种方法相较于广泛使用的微透镜阵列技术，其产生的光强分布更加均匀。

完成光路设计后为了验证是否达到我们的目的，还需使用ANSYS SPEOS进行光学仿真，模拟在待测表面的光强和发射与反射光的光轴，并通过反复调整仿真与实验光路设计，最终达到两者结果相互接近的目的。

由于二极管面阵接收的电信号可能非常微弱(这与测量液体、材料表面情况、发射功率有关)需要放大，为此还需加装跨组放大器和宽带放大器。系统光路这样设计的另一目的是将现有的以检测透射光强的原理转变为检测反射光强的原理。可在待测样品的正反面都设置这样的光路系统，即可检测正反两面的液体扩散特性。需要注意的是，在测试薄型样品时，样品上下面的激光可能会发生相互干扰，影响测试结果。对于该问题可能需要将样品上下面的测试分开进行。所以，针对样品种类、厚度等要求还需大量实验。

请结合图1，测试箱2中安装有储液槽14和蠕动泵15，蠕动泵的型号参数选择可根据导管直径(可能与液体粘度有关)。蠕动泵15的输入口与储液槽14的输出口连通，蠕动泵15的输出口上连接有导液管12，导液管12的一端从测试箱2的顶部穿入、并依次贯穿位于测试箱2内上方的二极管面阵11、接收透镜10和反光镜9。测试箱2内上方的二极管面阵11、接收透镜10和反光镜9上均预先开设有可供导液管12贯穿的槽口(图未示)，可使所用液体由导液管12准确滴落至待测材料样品上。

数据处理装置包括连接在二极管面阵11上的数据采集卡16以及连接数据采集卡16的数据处理器，数据采集卡16接收电信号、并通过USB接口传输至数据处理器进行相应的分析处理。本实施例中的数据处理器可为电脑。通过USB接口17将数据采集卡16连接在电脑上，以将数据采集卡采集的电信号传递至电脑上进行相应的分析处理。

为验证本实施例的纤阵列动态吸液测试仪是否满足实验设备要求，具体的实验设备测试方案如下：

首先，采用水作为测试液体，纸张作为测试材料样品，进行反复测试。同时确定纸张厚度与测量方式，当纸张厚度大于某定值时可上下表面同时测量，否则还需上下表面分别测试，即：首先关闭测试区下半部分的入射激光，仅测量液体在纸张上面的扩展。随后取同样的纸张仅测量下面的扩散情况，再据此计算上述测试指标。

其次，改变液体种类与待测材料种类，进行反复测试。

最后，与国标GB/T 21655.2-2009进行对比测试。因国标中只能测试水，所以对比实验也必须使用水作为测试液体，若测试结果与国标接近，则可认为实验设备已满足要求。

实施例2

本实施例2为实施例1的改进方案，样品托架包括支撑板3，支撑板3的顶部开设有供待测材料样品放置的定位托槽4，本实施例中定位托槽4可根据的形状可根据待测材料样品的形状结构进行选择或者设计，以增加适配性，使待测材料样品在支撑板3上的放置更加平稳。

支撑板3的底部开设有连通定位托槽4的通口5。测试箱2内的两侧相对开设有两个供支撑板3两端插置的板插槽34。通口5可使定位托槽4的底部镂空以将待测材料样品的露出，方便对待测材料样品底部进行检测。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。