为图片，并根据速度的大小确定处理的图片数量，可选择全部30帧/秒，也可以选择10帧/秒或者5帧/秒。
[0040]步骤3:滤波:首先对所拆分的图片进行传统滤波处理，提高图像的清晰度。
[0041]步骤4:图像腐蚀处理:由于本系统的视频为显微镜下拍摄，如果示踪粒子浓度偏高，可能会出现粒子连在一起的情况，此时最适合的操作时对图像进行腐蚀处理，这种图像处理方式属于数学形态学的一种，可以通过算法的处理将连在一起的图像点成功分开。
[0042]步骤5:相关运算:对预处理过的图片进行传统相关运算，绘制速度场。
[0043]PIV测试系统中，示踪粒子均匀的悬浮于溶液中，并具良好的跟随性，这是判别系统好坏的重要依据之一。本发明作为液晶专用系统，示踪粒子问题与其他系统有着本质区另IJ，首先是示踪粒子的均匀性问题。本系统构建初期，为了使用尽量小的荧光微球作为示踪粒子，选择荧光微球水溶液，微球直径0.02-0.1 μ m，对于大部分研究微型管道的学者来说，少许的水分对实验室没有影响的。但是，作为液晶微流动专用Micro-PIV系统来讲，流动介质液晶是一种不溶于水的有机物，这一特性使荧光微球溶液很难融入液晶，所以均匀性问题一直难以解决。后期，采用直径较大(2 μπι)的固体荧光微球颗粒，购于北京立方天地科技有限公司，均匀性问题才得到有效解决。
[0044]其次，示踪粒子通常是在二氧化硅或者聚苯乙烯等母体上增加荧光染料制成，在水中使用没有问题，但是在液晶有机物中，就可能发生反应，影响实验观察，以至于每次配成的实验材料放置一段时间，观察效果就不太理想。液晶是不透明的浑浊状态，示踪粒子被激发后，虽然可以发出亮光，但是，对观察效果还是有一定的影响。因此，运用本系统做观察实验时，为了保证实验效果，对液晶混合液的混合时间有一定要求，最好是混合均匀后一小时内开始试验。
[0045]再次，液晶在X射线照射时，会发生衍射图案，且不同种类液晶的强度不同，图8为两种典型液晶的X射线衍射图，该衍射图与液晶缺陷混杂在一起，会给系统正常工作带来一定的影响。
[0046]本发明系统的示踪粒子浓度问题也与普通PIV系统有所区别，由于液晶的衍射问题，本系统中示踪粒子浓度要远远低于普通PIV系统，具体浓度视具体观察问题而定，需要反复试验确定。
[0047]微流动激发部分:普通Micro-PIV系统的测速对象大部分为水，粘度远小于液晶，流速较快，且流场的激发方式为压力驱动。本系统主要针对电磁场及温度场驱动的液晶微流动进行测量，因此流动激发部分的四通道信号发生器及显微镜冷热台均属本系统所特有的。
[0048]图像数据处理部分:普通PIV系统所使用的传统处理软件大部分采用的相关算法，预处理部分主要为各种滤波处理，主要针对示踪粒子浓度较高，流速较快的图片进行处理。液晶流动速度较慢，且图片均为显微镜下拍摄，粒子很容易连成一片，预处理过程加入腐蚀运算可以提尚图片的清晰度，提尚后续相关运算的精确度。
[0049]最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其他修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
【主权项】
1.一种液晶微流动Micro-PIV系统，其特征在于:包括: 微流场激发部分，用于液晶微流场的激发；所述微流场激发部分包括液晶盒、显微镜冷热台、波形发生器和切换单元，所述液晶盒提供微流动的微流场，所述显微镜冷热台与自制波形发生器用于激发微流场，所述切换单元根据所激发的微流场类型进行切换；所述液晶盒内装入荧光示踪粒子和被测液晶混合后得到的液晶混合液； 流动观察记录部分，用于观察并记录荧光示踪粒子的运动，获取荧光示踪粒子运动的视频文件； 以及图像数据处理部分；用于将视频文件进行图像数据处理。2.根据权利要求1所述的一种液晶微流动Micro-PIV系统，其特征在于:所述液晶盒包括平行相对设置的上、下玻璃基片，在上玻璃基片上设有上导电膜层，所述上导电膜层上设有上聚酰亚胺层，所述下玻璃基片上设有下导电膜层，所述下导电膜层上设有下聚酰亚胺层，上聚酰亚胺层和下聚酰亚胺层之间设有液晶层；所述液晶层包括荧光示踪粒子和液晶混合后形成的混合层。3.根据权利要求1所述的一种液晶微流动Micro-PIV系统，其特征在于:所述波形发生器包括高电压四通道波形发生器和/或高电流波形发生器；所述高电压四通道波形发生器包括显示电路、单片机最小系统、按键电路和四通道高压输出电路，所述显示电路、按键电路和四通道高压输出电路分别连接到单片机最小系统，所述四通道高压输出电路包括依次连接的第一 D/A转换电路、第一电压放大电路和通道1，依次连接的第二 D/A转换电路、第二电压放大电路和通道2，依次连接的第三D/A转换电路、第三电压放大电路和通道3，以及依次连接的第四D/A转换电路、第四电压放大电路和通道1。4.根据权利要求1所述的一种液晶微流动Micro-PIV系统，其特征在于:所述显微镜冷热台包括主体部分，提供冷却水循环的蠕动栗及控制部分；所述主体部分包括底座和顶盖，所述底座上设有冷却水入口、冷却水出口和腔体部，所述冷却水入口、冷却水出口经冷却水管道连通，所述腔体部内设有加热制冷芯片和温度传感器，所述加热制冷芯片包括加热制冷半导体芯片。5.根据权利要求1所述的一种液晶微流动Micro-PIV系统，其特征在于:所述流动观察记录部分包括落射式荧光显微镜、视频录制摄像头和显示及控制系统；所述视频录制摄像头采用CCD图像传感器，所述落射式荧光显微镜、视频录制摄像头分别与显示及控制系统连接。6.根据权利要求1所述的一种液晶微流动Micro-PIV系统，其特征在于:所述图像数据处理部分，包括: 导入待处理的视频文件； 将导入的视频文件转化为图片，包括:将视频文件拆分为图片，并根据荧光示踪粒子运动速度的大小确定拆分的图片数量； 将所拆分的图片进行预处理，所述预处理包括滤波处理和腐蚀处理； 对预处理后的图片进行运算，绘制速度场。7.根据权利要求1所述的一种液晶微流动Micro-PIV系统，其特征在于:所述荧光示踪粒子采用直径2 μπι的固体荧光微球颗粒。8.根据权利要求6所述的一种液晶微流动Micro-PIV系统，其特征在于:所述腐蚀处 理采用腐蚀运算的方法进行处理。
【专利摘要】本发明公开了一种液晶微流动Micro-PIV系统，包括：微流场激发部分，用于液晶微流场的激发；所述微流场激发部分包括液晶盒、显微镜冷热台、波形发生器和切换单元，所述液晶盒提供微流动的微流场，所述显微镜冷热台与自制波形发生器用于激发微流场，所述切换单元根据所激发的微流场类型进行切换；所述液晶盒内装入荧光示踪粒子和被测液晶混合后得到的液晶混合液；流动观察记录部分，用于观察并记录荧光示踪粒子的运动，获取荧光示踪粒子运动的视频文件；以及图像数据处理部分；用于将视频文件进行图像数据处理。本发明针对微小器件中流体的流动显示技术，特别是针对非牛顿流体的流动显示技术，设计出了一套用于测量非牛顿流体液晶微流动的Micro-PIV系统。
【IPC分类】G06K9/00, G06T7/20, G01P5/00
【公开号】CN105277736
【申请号】CN201510505594
【发明人】刘春波, 邓鹏辉
【申请人】河南工业大学
【公开日】2016年1月27日
【申请日】2015年8月18日