1.一种液体表面张力系数及接触角的光学测量方法,其特征在于,在液体中放入一块均匀材质的平板,准直平行的光线非对称竖直入射到平板两侧后反射在观察屏形成明场区域和暗场区域,利用CCD观测反射光线得到暗场宽度信息,通过水平移动准直平行光线得出液面上边界光线入射光与反射光的夹角,确定多组(z′,x),建立润湿效应液面曲面模型,以曲面水平延伸方向为x轴,以过平板中心竖直向上为z轴建立平面直角坐标系,得到zox平面的曲面母线方程,确定以张力系数σ和接触角θ0为参数的x与z′的关系,利用MATLAB拟合得到张力系数σ和接触角θ0。
2.根据权利要求1所述的一种液体表面张力系数及接触角的光学测量方法,其特征在于,激光器发出光线经过扩束器、凸透镜后成一束准直平行的光线,准直平行的光线经过可移动挡板后经半透半反镜竖直反射到液面,入射光线被弯曲液面反射后,透过半透半反镜在上方观察屏形成暗场。
3.根据权利要求2所述的一种液体表面张力系数及接触角的光学测量方法,其特征在于,半透半反镜倾斜设置在液面上方,观察屏水平设置在半透半反镜上方,保持平行的光线宽度与观察屏和水平液面的距离不变,改变入射光位置,沿x方向移动准直平行的光线在液面上的位置,当平板位于入射光线光斑的中心时,暗区宽度最小。
4.根据权利要求1所述的一种液体表面张力系数及接触角的光学测量方法,其特征在于,非对称入射的光线左、右边界与液面交点B、A两点的dB、dA即对应x的大小,具体如下:其中,d为准直平行光线垂直入射到平板两侧宽度的一半,δd为光线边界移动的距离的一半,xA=dA,xA是A点x的坐标,xB=-dB,xB是B点x的坐标。
5.根据权利要求1所述的一种液体表面张力系数及接触角的光学测量方法,其特征在于,根据液面右侧曲线上A点斜率z′A对称得到B′处的斜率z′B′,B′处的斜率z′B′和液面左侧曲线上B点处斜率z′B在同一条曲线上,经过多次测量根据几何关系得到斜率z′。
6.根据权利要求5所述的一种液体表面张力系数及接触角的光学测量方法,其特征在于,B点处斜率z′B如下:B′处斜率z′B′如下:
其中,D为观察屏上暗场总宽度的一半,d为准直平行光线垂直入射到平板两侧宽度的一半,δd为光线边界移动的距离的一半,δD为观察屏上暗场一侧移动的距离的一半,h为观察屏和水平液面的距离。
7.根据权利要求6所述的一种液体表面张力系数及接触角的光学测量方法,其特征在于,准直平行光线左、右边界与液面交点B、A处入射光线与反射光线的夹角2θB、2θA如下:其中,DA为A点反射光线到z轴的距离,DB为B点反射光线到z轴距离,dA、dB分别表示A、B两点所对应x的大小。
8.根据权利要求7所述的一种液体表面张力系数及接触角的光学测量方法,其特征在于,A点反射光线到z轴的距离DA和B点反射光线到z轴距离DB具体为:
9.根据权利要求1所述的一种液体表面张力系数及接触角的光学测量方法,其特征在于,zox平面的曲面母线方程左支具体为:其中, σ为待测液体表面张力系数,ρ为待测液体密度,g为重力加速度,θ0为接触角。
10.根据权利要求9所述的一种液体表面张力系数及接触角的光学测量方法,其特征在于,左支的斜率关系式如下:其中,z′为曲线斜率。