[发明专利]基于红外图像处理的多孔材料浸润性能测量装置及方法

权利要求书

1.基于红外图像处理的多孔材料浸润性能测量方法，该方法采用的装置，包括用于放置样品(1)的升降平台(6)、置于升降平台(6)上方的红外热像仪(3)、置于升降平台(6)前方的高速摄像仪(7)、与红外热像仪(3)和高速摄像仪(7)数据传输线连接的计算机(4)、置于升降平台(6)一侧的用于注射液体工质(5)的注射器(2)；所述计算机(4)内安装有用于处理红外图像的红外热像仪配套的数据处理软件Research IR；所述注射器(2)通过活动支架设置在升降平台(6)的一侧，所述活动支架能够沿着任意方向自由移动；

其特征在于，包括如下步骤：

(1)取待测试多孔材料样品(1)置于升降平台(6)并固定；

(2)调节红外热像仪(3)使待测试样本在Research IR软件中呈现清晰的红外图像；

(3)移动活动支架，将注射器(2)置于待测试样品上方，与样品(1)的角度为30°～40°，其针尖距待测样品的距离大约为3-5mm；

(4)调节高速摄像仪(7)的焦距，使注射器针尖在高速摄像仪显示界面呈现清晰的图像；

(5)同时开启红外热像仪(3)和高速摄像仪(7)的录像功能，用注射器(2)缓慢地挤出10μl液体工质(5)，使其滴在在样品(1)上，红外热像仪(3)和高速摄像仪(7)会分别记录液体工质(5)在样品(1)内部和表面的扩散过程，并将监测记录传送至计算机(4)储存；

(6)采用图像比例法处理高速摄像仪(7)的监测记录，获得液体工质(5)液滴浸润多孔材料时的表面接触线大小；

(7)处理红外热像仪(3)的录像文件以确定液体工质(5)液滴浸润多孔材料时的内部扩散边界，获得液体工质(5)液滴在浸润多孔材料时的内部扩散区域大小以及扩散速率。

2.根据权利要求1所述的基于红外图像处理的多孔材料浸润性能测量方法，其特征在于：所述步骤(7)具体包括步骤：

(7-1)借助高速摄像仪(7)的监测记录，获得在红外热像仪(3)的录像文件中液滴扩散起始点所对应的帧数，其中在高速摄像仪(7)的监测记录中，选取液滴刚与多孔材料样品接触的时刻为液滴扩散起始点；

(7-2)在软件Research IR中，读取液滴扩散起始点时的红外图像，在图像中绘制一条与样品边线平行且长度相等的参考线，此时在该红外录像中实际距离与温度数据采集点的比例系数λ可表示为：

λ＝LL_R               (1)

其中L样品边线长度，单位为毫米，L_R为参考线上温度数据采集点的数量；

(7-3)在红外图像中绘制若干经过液滴扩散影响区域的测量线L_mi，i＝1,2,…,n,这些测量线L_mi将会与液滴的扩散区域边界产生两个交点，从红外图像处理软件Research IR中读取测量线L_mi上的温度分布曲线；

(7-4)计算测量线L_mi的温度分布曲线的温度梯度，其计算公式如下：

其中T为温度值，x为温度测量线上温度数据采集点的位置，j为温度数据采集点的编号，和分别为相邻两个温度数据采集点的温度差和距离，绘制出温度梯度曲线，找出温度梯度曲线的极值点P₁和P₂，这两个极值点便为测量线L_mi与液滴扩散区域边界的两个交点；

(7-5)对于各向同性的多孔材料，液滴在其中的扩散区域边界近似为圆形，针对扩散区域边界近似为圆形的扩散区域边界，采用等效扩散直径D_e来定量衡量液滴扩散区域的大小，其计算公式如下：

其中n为选取用于计算液滴扩散区域的测量线的数量，i为测量线的编号，O为液滴扩散区域圆心，P为液滴浸润区域与未浸润区域的边界点，圆心点O在红外图像中选择为微量注射器针尖的位置；

(7-6)在Research IR中读取下一帧数的红外图像，重复步骤(7-4)～步骤(7-5)，获得此时刻时液滴浸润扩散区域的直径大小，通过计算多个连续帧数的红外图像最后获得液滴浸润多孔材料时的扩散速率。

3.根据权利要求2所述的基于红外图像处理的多孔材料浸润性能测量方法，其特种在于：所述的步骤(7-5)中，所述等效扩散直径D_e精度与测量线的数量n成正比。