仪器使用视频  
界面化学基础原理  
表面/界面张力测试技术及其应用  
接触角测试技术及其应用  
界面化学参考文献资料  
界面流变及动态表面/界面张力分析  
精密机械原理  
TOF相机  
新品展示
关于我们
新闻中心
  产品展示
 
  联系我们
 
 
  > 永利彩票 > 技术文章
视频光学接触角测量仪测试方法对比:阿莎(ADSA-RealDrop)、TrueDrop、椭圆和Young-Laplace方程拟合法

 自20世纪40年代末,Zisman教授提出第一代量角器原理的视频光学接触角测量仪以来,接触角测量仪历经四代技术更新,从人眼观测的显微镜量角器到20世纪80年代出现的以圆拟合、椭圆拟合、切线法为主要测试方法到数码量角器。这个阶段中,接触角测量仪由于理论发展以及仪器技术研究的不足,基本停留在量角器阶段。量角器阶段的“接触角测量仪”事实上无法从界面化学的意义上准确测值或提供可靠的数据依据,只能从几何量角的角度简单的表征一下固体材料的可能的物理化学性质。

20世纪90年代,以A.W.Neumann教授为代表的团队提出了ADSA-P算法用于分析基于影像法的表面张力以及接触角,开始了接触角测量进入界面化学分析的新台阶。在同一时间,商业化的接触角测量仪也引入了与Neumann团队类似的基于Young-Laplace方程拟合的算法,其特征在于分析邦德系数时采用了一些拟合参数因子,采用特征的面(Plane)或点(Points)。但其与Neumann教授团队提出的核心算法AFLI是存在本质的区别的,后者没有经验的拟合因子。但无论前者还是后者,只能用于评估左、右、前后对称的液滴轮廓。这也是我们将之称为界面化学分析意义上的“接触角测量仪”的基础阶段的原因。事实上,Young-Laplace方程算法测得的结果值的成功率以及可靠性均不是很高。因而,这也就是数码量角器接触角测量仪,如椭圆拟合或切线法还有生命力的原因所在。

2010年,上海梭伦在KINO授权下,在中国申请了《真实液滴法测试固-液动、静态接触角的仪器和方法》(申请号:201010147088.1)。在专利申请中,上海梭伦结合接触角测量中长期存在的98%的液滴事实上是非轴对称的客观事实,首次提出了真实液滴法(TrueDrop)的概念,提出了以极限以及Spline曲线为算法核心的分析接触角,特别是非轴对称接触角的方法。后来真实液滴法(TrueDrop)也经过了两侧圆、两侧椭圆的算法更新,但是,从科学意义本身而言,真实液滴法(TrueDrop)的核心仍然是几何意义上的测角,还是停留在了数码量角器的概念。因而,上海梭伦停止的专利进一步申请。

2011年,KINO团队基于ADSA-P算法,进一步提出了阿莎算法(ADSA-RealDrop算法)。与真实液滴法(TrueDrop)不同的是,阿莎算法(ADSA-RealDrop)的核心是基于Young-Laplace方程,同时、左、右分别修正重力系数,分别拟合Young-Laplace方程,分别修正倾斜角度,因而,阿莎算法(ADSA-RealDrop)实现了对非轴称接触角液滴轮廓的分析,也解决了Young-Laplace方程拟合只能测试2%左右轴对称的样品的尴尬。而阿莎算法(ADSA-RealDrop)基于ADSA-P的基因而进行的升级,也实现了接触角测量的真正意义上的突破。这是真实液滴法(TrueDrop)是无法相比拟的。

进而,我们对于不同的接触角测量仪的不同测试方法采用同一张图片进行了测值数据对比,具体如下所示。接触角测试方法包括了阿莎算法(ADSA-RealDrop)、真实液滴法(TrueDrop)和椭圆拟合、Young-Laplace方程拟合(基于Select Plane法)。

ellipse     Young-Laplace 阿莎     truedrop    
平均   平均 平均
147.1 146.9 147 - 164.695 156.644 160.6695 169.22 179.07 174.145
158.8 158.7 158.75 164.2 155.827 154.848 155.3375 173.59 173.31 173.45
154 153.9 153.95 168.4 155.028 158.136 156.582 170.01 170.03 170.02
149 149 149 155.9 148.563 147.445 148.004 164.48 166.7 165.59
139.9 140.1 140 147.3 137.468 137.468 137.468 153.33 157.02 155.175
119.9 120.3 120.1 124.2 123.455 124.349 123.902 128.86 133.5 131.18
121.4 121.8 121.6 123.9 118.695 120.838 119.7665 140.52 144.72 142.62
112.6 112.9 112.75 114.3 111.312 113.491 112.4015 130.1 131.11 130.605
108.7 108.8 108.75 110.3 107.919 107.481 107.7 121.29 119.86 120.575
107.3 107.3 107.3 108.5 106.712 106.366 106.539 121.82 121.04 121.43
101.1 101.2 101.15 102.9 99.403 99.742 99.5725 106.39 104.8 105.595
104.6 104.2 104.4 106.5 102.89 102.00 102.4445 119.32 114.91 117.115
93.7 92.6 93.15 93.5 93.522 92.093 92.8075 99.37 90.83 95.1
81.6 82 81.8 82.1 82.636 85.055 83.8455 72.24 73.33 72.785
69.1 69.8 69.45 69.1 68.473 69.21 68.8415 53.54 54.21 53.875
58.1 59.2 58.65 57.9 59.082 59.503 59.2925 39.33 40.31 39.82
54.2 54.5 54.35 53.1 53.819 53.819 53.819 36.32 35.75 36.035
38.8 38 38.4 38.9 40.883 40.676 40.7795 22.72 22.72 22.72
24.5 22.3 23.4 23.7 27.075 24.034 25.5545 11.94,12.70   #VALUE!
20.3 19.2 19.75 19.1 17.141 17.413 17.277 9.15 9.68 9.415
15.4 14.6 15 14.5 13.401 13.563 13.482 6.56 6.86 6.71
13.6 12.8 13.2 12.8 12.851 12.851 12.851 5.71 6.02 5.865
- -   - 11.553 10.349 10.951 5.38 4.33 4.855
- -   7.4 6.518 6.285 6.4015 3.26 2.82 3.04
- -   - 1.482 1.482 1.482 1 0.73 0.865

 

测值数据进行分析整理后,与阿莎算法(ADSA-RealDrop)的测试结果偏离情况如下表所示:

阿莎算法
左右角平均值
偏离值(取左、右角度平均值) 分界
椭圆-阿莎 YL-阿莎 TrueDrop-阿莎
160.6695 -13.6695   13.4755  
155.3375 3.4125 8.8625 18.1125  
156.582 -2.632 11.818 13.438  
148.004 0.996 7.896 17.586  
137.468 2.532 9.832 17.707  
123.902 -3.802 0.298 7.278  
119.7665 1.8335 4.1335 22.8535  
112.4015 0.3485 1.8985 18.2035 120度
107.7 1.05 2.6 12.875  
106.539 0.761 1.961 14.891  
99.5725 1.5775 3.3275 6.0225  
102.4445 1.9555 4.0555 14.6705  
92.8075 0.3425 0.6925 2.2925  
83.8455 -2.0455 -1.7455 -11.0605 90度
68.8415 0.6085 0.2585 -14.9665  
59.2925 -0.6425 -1.3925 -19.4725  
53.819 0.531 -0.719 -17.784  
40.7795 -2.3795 -1.8795 -18.0595  
25.5545 -2.1545 -1.8545    
17.277 2.473 1.823 -7.862  
13.482 1.518 1.018 -6.772  
12.851 0.349 -0.051 -6.986  
10.951     -6.096  
6.4015   0.9985 -3.3615  
1.482     -0.617  
标准差 3.44254542 3.83044534 13.31294099  

 

从表中可以看出,从标准差来讲,以1-170度范围内各种图片的不同算法的偏离值情况为:

1、椭圆拟合的偏离情况为±3.44度;Young-Laplace方程拟合的偏离情况为±3.83度;而真实液滴法的TrueDrop的偏离情况确达到了±13.31度。

2、图中没有数据或划“一”的数据栏是该算法无法拟合出结果的情况。从表格中可以发现,椭圆无法拟合10度以下的角度值,而Young-Laplace方程拟合也出现了3个图片无法拟合出结果的尴尬情况。真实液滴法TrueDrop也有一张图片无法拟合出结果。

3、从如上数据可以看出,阿莎算法(ADSA-RealDrop)实现了一法通用,可以满足0-180度范围内各种角度的测量,拟合成功率高,拟合精度高,可以分辨出左、右角度值,是理想的接触角测试方法。

4、声明:ADSA、RealDrop、TrueDrop均为上海梭伦注册商标。本公司保留一切权利。侵权责任必究。ADSA-RealDrop算法为上海梭伦发明专利,专利号:201110244512.9,侵权必究。

 

   
永利彩票 / 新闻中心 / 产品展示 / 技术文章 / 下载中心 / 关于我们 / 客户留言 / 人才招聘 / 联系我们

版权所有 2005-2018 上海梭伦信息科技永利彩票 电话 : 400 005 5117 ,021-51036075
邮箱地址: sales@surface-science.com.cn上海梭伦保留一切权利 GoogleSitemap