[发明专利]一种基于液芯柱透镜的液体吸水性研究方法

权利要求书

1.一种基于液芯柱透镜的液体吸水性研究方法，其特征包括：

A、在液芯下端注入吸湿液体，上端封口使其与空气隔绝，调节探测器的位置，使单色准直光束经液芯柱透镜后在CMOS/CCD面上成一条细锐等宽的亮线，打开上端封口让吸湿液体自然暴露于一定相对湿度的空气中，记为t＝0时刻；

B、吸湿液体不断吸收空气中的水分后浓度发生改变导致折射率改变，图像探测器上接收到的图像不再是一条明锐的细线，而是具有一定宽度的弥散像，即吸湿图像；

C、配制不同浓度的混合溶液注入液芯柱透镜内，在固定观测位置处得到不同宽度的弥散图像，测量图像宽度和溶液浓度之间的关系；

D、根据不同时刻的吸湿图像，可以直观地得到该时刻水分在液芯中的空间分布情况，看到吸湿过程；

C步骤中的具体操作方法是：

a、配制不同浓度的混合溶液并测量其折射率，拟合混合液体折射率和浓度之间的关系；

b、在固定观测位置处，把配制的不同折射率的溶液注入到液芯柱透镜内，测量观测系统上图像的宽度，拟合出图像宽度和折射率之间的关系，将实验得到的图像宽度代入拟合关系式中即可求得相应折射率；

c、宽度为2h的平行光入射到液芯柱透镜上，当液芯柱透镜内注入折射率为n_c的液体时，液芯柱透镜的焦距为f_c，当透镜液芯内注入折射率为n_i的液体时，液芯柱透镜的焦距为f_i，出射光线与主光轴的夹角为θ_i，在f_c位置处固定的观测平面上所成像的宽度为∑_i；f_i、∑_i和θ_i存在如下几何关系：

根据(1)式可以拟合出在折射定律成像情况下折射率和图像宽度之间的关系，将实验图像宽度代入拟合关系式中即可求得折射定律成像情况下相应位置处的折射率；

e、根据a中折射率与浓度间的关系及图像宽度和折射率间的关系即可得到图像宽度与浓度间的关系，其中在b、c中实验方法得到的拟合关系式和计算得到的关系式相近情况下优选c中介绍的方法计算图像宽度和折射率间的关系；

根据该方法计算吸水量，具体步骤为：以吸湿液体为溶剂，水为溶质构成吸湿溶液，根据溶液浓度、折射率及图像宽度间的一一对应关系，按照不同位置Z处的吸湿图像宽度，求出其在t时刻对应的溶液浓度C(Z，t)，位置Z至Z+△Z区域内吸收的水分质量表示为：Δm_s＝M₀*C(Z_i)*S*ΔZ，(2)；

式中S为所选体积元对应的截面积，即前液芯的截面积，△Z为体积元的高度，M₀为水的摩尔质量；

根据(2)式可以看出位置Z处吸收的水分质量是横截面积、体积元和溶液浓度的函数，在Z₀至Z_i的区域内，吸湿系统在某一时刻的吸水量表示为：

2.根据权利要求1所述的基于液芯柱透镜的液体吸水性研究方法，其特征在于：计算单位体积吸湿液体总吸水量或某一时间段的吸水量，根据单位体积吸湿液体吸水量和时间之间的关系，求得平均吸湿速率和某一时间段的吸湿速率，即以单位体积吸水量与时间的比值m₀/t作为吸湿能力参数指标。

3.根据权利要求1所述的基于液芯柱透镜的液体吸水性研究方法，其特征在于：根据吸湿液体吸湿后溶液浓度的空间和时间分布，根据等折射率薄层移动法、瞬态折射率空间分布法和等观察高度法可计算水在吸湿性液体的扩散系数。