一种非接触式测量液体参数的测量方法

专利名称：一种非接触式测量液体参数的测量方法
技术领域：
本发明属于生物化学和医学检测领域，具体的说，本发明涉及一种液体参数的测
量方法。
背景技术：
对管道中流动的液体进行流速、流量和其他参数及特征的测量，不仅是工业生产 中常见的问题，在生物化学、医学检测等领域的应用也日趋上升。而被测液体的尺寸也已不 仅仅局限于宏观尺度下，随着全世界微/纳米技术领域的快速发展，流动在微型管道中的 液体参数测量同样是研究者们关注的热点。 对于微型管道，液体流体参数的测量技术与方法有很多种，根据测量仪器与被测 液体间的测量状态，主要可分为接触式测量与非接触式测量。接触式测量是指测量仪器的 传感装置置于液体中，直接测量液体的特定参数，再通过数据采集装置将所测得参数输入 计算机并计算其他相关参数。当采取此种测量方式时，由于液体本身尺度微小，因此对传感 器的尺寸及精确度要求很高，同时，液体的流动状态还会对测量结果产生很大影响。另外， 由于液体与传感器直接接触，因此对传感器的可靠性和使用寿命都会带来很大影响，例如 具有腐蚀性的液体可能使暴露于液体中的传感器件发生腐蚀或损坏。而在生化医学领域 中，直接与液体接触的传感器件还可能污染被测样品，从而影响测量结果。
非接触式测量是指测量仪器中传感装置并不与液体直接接触，而是利用仪器中的 发射装置对液体发射某种信号，由接收传感装置接收液体反射信号，再通过数据采集装置 将反射信号输入计算机进行处理，进而得到一系列液体的相关参数。比如使用超声多普勒 技术实现的确定液体流变参数的方法，其主要原理即为利用超声发生器发射具有至少一个 预先给定的第一频率fl的超声信号，再使用超声接收器接收被液体反射后的超声信号，且 该信号具有至少一个反映该对应区域特征的第二频率f2，该频率相对于频率fl偏移了一 个对应频移Af，则此对应区域的液体速度可由Af计算得出。采取这种方法时，虽然避免 了传感器与被测液体的直接接触，但测量仪器中不仅包括信号处理装置，还需要信号发生 器及接收器，其组成相对庞大复杂，而且，为确保测量的精确度，测量仪器的设计原理与结 构十分复杂，不仅成本较高，程序繁琐，随意性较差，同时也很难实现微型化及与微型管道 集成。 毛细管式粘度计为目前实际工程和工业生产中比较常用的测量液体流动特性的 仪表。这种粘度计的测量方法有多种，可以测量一定体积的液体在一定压差下流过毛细管 的时间，也可以测量单位时间内在一定压差下流出液体的体积，还可以规定一定的流量测 量毛细管两端的压差。可根据测量所得参数以及方程P = (Ji一Pt)/(8Lv)换算出液体的 粘度系数，其中P为粘度系数，r为毛细管半径，L为毛细管长度，P为毛细管两端的压力 差，v为流过液体的体积，t为流过时间。毛细管粘度计为了提供上述方法所需要的特定时 间、流量、体积及压差，需要具备相应的附加装置，增加了该装置的体积和复杂度。另外，毛 细管粘度计的测量参数单一，粘度是该仪器的唯一的测量目标。
此外，对于流体速度的测量，目前存在一种PIV技术(粒子图像测速法)。PIV技 术是一种基于流场图像相关性分析的非接触式二维流场测量技术。利用PIV技术测量流场 时，需在流场中散播比重适当且跟随性好的示踪粒子，由示踪粒子的运动来反映水质点的 运动；并用自然光或激光对所测平面进行照射，形成光照平面，使用CCD等摄像设备获得示 踪粒子的图像。所得图像利用二维快速Fourier变换实现相关性函数的计算，并利用速度 的基本定义，通过测量水质点在已知时间间隔内的位移实现对水质点速度测量。PIV技术为 了提供上述功能，需要具备相应的光源(如激光发射器)、CCD照相机、安装图像处理系统的 PC机等，因此PIV测量系统往往也具有庞大的体积和复杂的结构。另外，PIV技术的图像处 理原理也十分复杂。

发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，将低成本的图像获取及处理技术引入液体
参数测量，从而提供一种仅需要借助便携式家用影像设备和简单的计算系统，即可以获得
微型管道内液体流速、密度、表面张力、粘度等各项参数的非接触式液体参数测量方法。 本发明提供的非接触式测量液体参数的测量方法包括如下步骤 1)将透明毛细管水平置入被测液体中，使被测液体在透明毛细管中发生毛细现象
并开始层状流动； 2)使用便携式影像设备记录被测液体在毛细管内的层状流动过程的影像资料； 3)将步骤1)中所述透明毛细管垂直放置，保持其入口端仍然浸没于被测液体中，
被测液体因重力与毛细力的相互作用在透明毛细管底端形成具有固定高度的液柱。 4)使用便携式影像设备拍摄被测液体在毛细管底端形成固定高度液柱的图像。 5)对步骤2)中记录的影像资料进行图像处理，得出毛细管的半径a以及层状流动
中液体界面位移S(t)随时间t的变化过程，对步骤4)中记录的图像资料进行图像处理，得
出被测液体在毛细管中形成液柱的高度H以及其液体界面的曲率半径R ;根据所有测量所
得数据，通过图像处理及参数分析软件进而得出被测液体的流体力学参数。 上述技术方案中，所述步骤1)与3)中，所述被测液体还需要根据环境光照条件添
加适当的染色剂。 上述技术方案中，所述步骤1)与3)中，所述透明毛细管管长一定并已知。 上述技术方案中，所述步骤2)与4)中，在记录影像资料时，所述便携式影像设备
镜头轴线方向与所述毛细管轴线方向保持垂直。 上述技术方案中，所述步骤2)中，在记录影像资料前，调整所述便携式影像设备 的焦距或与透明毛细管间的距离，使便携式影像设备对透明毛细管最大全景成像。
上述技术方案中，所述步骤4)中，在记录液柱高度图像资料时，保持便携式影像 设备的焦距或与透明毛细管间的距离与所述步骤2) —致。 上述技术方案中，所述步骤2)与4)中，所采集影像的背景应无运动物体并尽量单 上述技术方案中，所述步骤5)中，动态影像资料采用差分的方法进行分析。对静 态图像资料分析时，可利用鼠标点击液面顶端和底端获得液柱高度在图像中所占的像素数 并存储，同样鼠标点击液体界面曲面两端和底部，记录三点所处的像素位置并存储。
上述技术方案中，所述步骤5)中，被测液体的流体力学参数包括被测液体的流 速、密度、粘度和表面张力。 上述技术方案中，所述步骤5)中，所述被测液体的密度P = (2 o ) / (RgH)，式中g 是重力加速度，o是被测的表面张力系数。 上述技术方案中，所述步骤5)中，所述被测液体的瞬时流速V(t) = dS(t)/dt，表 面张力F二 0/2R，粘度ii平均=(a2* cO/(4RV平均)，式中V平均是瞬时流速V(t)的平均值， o是被测液体的表面张力系数。 上述技术方案中，所述步骤1)与3)中，所述被测液体和毛细管可以是多个样品和 毛细管组成的阵列；所述步骤2)中，所述便携式影像设备同时记录所述阵列中的各毛细管 内的层状流动过程的影像资料；所述步骤4)中，所述便携式影像设备同时记录所述阵列中 各毛细管内液柱高度的图像资料。 上述技术方案中，所述被测液体可为人体体液样品，如血液、唾液、尿液、泪液等， 也可为任意一种生物化学样品。为提高影像色彩的对比度，这些液体样品可根据测量需要 添加染色剂。 上述技术方案中，所述透明毛细管可为由玻璃或其他透明材料制成毛细管，管径 可在0. Olmm-l. 5mm范围之间，管长可在50mm-150mm范围之间。 上述技术方案中，所述便携式影像设备可为手机、数码照相机或数码摄像机等可 拍摄连续影像资料，且数据可即时存取的数码设备，其分辨率需高于20万像素。拍摄所得 的影像资料可经数据线、蓝牙或红外等成熟的信号传输方式传递至数据处理设备中。
上述技术方案中，使用安装有图像处理及参数分析软件的数据处理设备进行图像 处理和计算。所述图像处理及参数分析软件为集成图像处理功能与液体流体参数分析功能 于一体的软件，其中图像处理功能可分辨出图像中相应恒定数据。 上述技术方案中，除了直接基于毛细管的抽吸作用驱动流体流动，也可通过主动 施加的外场如电场、磁场、声场、激光作用乃至局部热作用来达到驱动流体的目的。这样，根 据所加外场强度与流体的响应特性，可以识别出更多物理化学参数。
相对于现有技术，本发明具有如下技术效果 本发明提供的非接触式液体流体参数测量方法，只需借助随处可见的便携式家用
影像设备，即可对液体流速、密度、粘度等各项参数进行测量及分析，该方法不依赖于大型 设备，简单易行、成本低，并且样品用量微小。本发明可以轻松的实现毛细管阵列的测量，也
可同时对各种不同液体参数进行测量。


以下，结合附图来详细说明本发明的实施例，其中 附图1为本发明提供的一种非接触式液体流动参数测量方法的工作过程示意图；
附图2为本发明提供的非接触式液体流动参数测量方法的系统结构示意图；
附图3为本发明提供的非接触式液体流动参数测量方法的便携系统结构示意图；
附图4为本发明提供的非接触式毛细管阵列液体流动参数测量方法的示意图；
附图5为本发明提供的非接触式液体流动参数测量方法测量液体密度的过程示 意图。其中图5A为测量初始时刻；图5B为液体流动界面停止上升时刻。
附图6为本发明提供的非接触式液体流动参数测量方法测量液体速度及粘度的 过程示意图；其中图6A为测量初始时刻；图6B为液体流动界面位移为S(t》的时刻；图6C 为液体流动界面位移为S(t》的时刻；图6D为液体流动界面位移为S(t》的时刻。
附图7为本发明提供的非接触式液体流动参数测量方法中图像处理及参数分析 软件4的流程图。
具体实施例方式
下面结合附图和具体实施例进一步描述本发明
实施例1 图1是本发明一个实施例的非接触式液体流动参数测量方法的工作过程示意图。
图2为一个实施例中非接触式液体流动参数测量方法的系统结构示意图，当便携 式家用影像设备3为普通手机、数码照相机或数码摄像机时，图像处理及参数分析软件4安 装于计算机5中。 参考图1和图2，液体参数的测量方法如下 将透明毛细管2的一端水平置入被测液体1中，此时，被测液体在透明毛细管中发 生毛细现象并开始层状流动，同时开启便携式家用影像设备3记录该流动的全部过程。再 将上述步骤中的透明毛细管2垂直放置，保持其入口端仍然浸没于被测液体中，被测液体1 因重力与毛细力的相互作用在透明毛细管2的底端形成液柱，待液柱的高度稳定后，使用 便携式影像设备3拍摄被测液体1在透明毛细管2底端形成的液柱的图像。结束上述所有 影像及图像采集后，使用图像处理及参数分析软件4对所得影像资料进行处理，得出液体 在影像中的相关参数，再根据毛细管中层状流动的泊萧叶(Poiseuille)定律实现对液体 流速、密度、粘度等各项流体参数进行分析。家用影像设备所采集的图像可采用如蓝牙、红 外等无线数据传输方式，发送到指定计算机进行处理(如图2所示)。也可以直接在本地 进行图像处理和计算。如图3所示，便携式家用影像设备3可以是便携式智能手机6，使用 便携式智能手机6拍摄被测液体1在水平放置的透明毛细管2中连续的层状流动影像(视 频)，以及竖直放置的透明毛细管2中液柱在高度稳定后的图像。然后安装于携式智能手机 6中的图像处理及参数分析软件4便可直接分析计算得出被测液体1的各项参数。由于图 像处理过程所需内存较大，因此，采用此便携系统时，对于便携式智能手机6的配置要求较 高。 参考图2和图3，进行液体参数测量的具体操作过程如下 1.根据实际应用选择系统配置，当需要即刻输出被测液体1的各项参数时，可选 用便携系统配置，即便携式智能手机6集便携式家用影像设备3与图像处理及参数分析软 件4于一体；当无需即刻输出被测液体1的各项参数时，可先用标准系统配置，及便携式家 用影像设备3选用普通手机、数码照相机或摄像机，而图像处理及参数分析软件4安装于计 算机5中。 2.取适量被测液体1，并根据所需测量的参数放置透明毛细管2。当需要测量液体 密度时，垂直放置透明毛细管2。当需要测量液体粘度时，先水平放置透明毛细管2，完成影 像资料拍摄后，再将其垂直放置。以下步骤以需要测量液体粘度的情形为例进行描述。
3.水平放置透明毛细管2并施加被测液体1后，被测液体1在透明毛细管2中发
7生毛细现象并开始层状流动，同时开启便携式家用影像设备3，记录被测液体1流动过程的 影像资料。 4.完成步骤3后，将透明毛细管2垂直放置，保持其入口端仍然浸没于被测液体1 中，此时，被测液体1因重力与毛细力的相互作用在透明毛细管2的底端形成具有固定高度 的液柱后，使用便携式家用影像设备3对透明毛细管2进行图像采集。根据具体测量需要， 确定是否实施步骤3)。 5.将所记录的影像资料输入图像处理及参数分析软件4，便可得到相应的液体参 数。 实施例2 图4为本发明的另一个实施例。为了快速高效的完成多种液体的参数测量，可使 各种被测液体1因毛细作用在水平放置透明毛细管2的阵列中发生毛细现象并开始层状流 动，同时使用便携式家用影像设备3记录该流动的全部过程并储存影像数据。再将上述透 明毛细管2的阵列垂直放置，保持其入口端仍然浸没于被测液体中，当各种被测液体1因重 力与毛细力的相互作用在透明毛细管2的阵列的底端形成具有固定高度的液柱后，再使用 便携式影像设备3拍摄各种被测液体1在透明毛细管2的阵列的底端形成固定高度液柱的 图像。应用本实施例时，便携式家用影像设备3镜头轴线方向需与毛细管阵列平面垂直，同 时使便携式家用影像设备3水平方向与透明毛细管2轴线方向平行。当获取液体在在毛细 管中流动的影像资料及其在毛细管底端所形成的固定高度液柱的图像资料时，便携式家用 影像设备3的焦距或与毛细管阵列平面间的距离需保持不变。结束上述所有影像及图像采 集后，使用图像处理及参数分析软件4对所得影像资料进行处理，得出液体在影像中的相 关参数，再根据毛细管中层状流动的泊萧叶(Poiseuille)定律实现对液体流速、密度、粘 度等各项参数进行分析。
实施例3 本实施例是仅需测量液体密度的一个实施例。如图5所示，当本发明用于实现液 体密度的测量时，将透明毛细管2垂直插入被测液体1中，当被测液体1的液体界面在透明 毛细管2停止上升后，便携式家用影像设备3对透明毛细管2进行图像采集，并使用图像处 理及参数分析软件4中的图像处理功能获取影像资料里的相关数据，如透明毛细管2的半 径a、被测液体1在透明毛细管2中液体界面的曲率半径R，以及被测液体1在透明毛细管 2中所形成的液柱高度H ;再使用图像处理及参数分析软件4中的液体参数分析功能，根据 毛细管中层状流动的泊萧叶(Poiseuille)定律计算出液体的密度P = (2cO/(RgH)，其中 o为液体的表面张力系数，g为重力加速度。
实施例4 本实施例是测量液体流速和粘度的实施例。如图6所示，当需要测量液体流速和 粘度的测量时，需先将该透明毛细管2水平放置，并开启便携式家用影像设备3记录液体在 毛细管中流动的影像资料。待被测液体1充满透明毛细管2后，停止影像采集。然后将透 明毛细管2垂直放置，保持其入口端仍然浸没于被测液体中，当被测液体1因重力与毛细力 的相互作用在透明毛细管2的底端形成具有固定高度的液柱后，使用便携式家用影像设备 3对透明毛细管2进行图像采集。结束上述所有影像及图像采集后，使用图像处理及参数分 析软件4中的图像处理功能首先获取图像资料里的相应恒定的数据，如透明毛细管2的半
8径a、被测液体1在透明毛细管2中液体界面的曲率半径R ;再以A t为时间步长从影像资 料中截取图像，利用临近两幅图像相减的方法获得层状流动中液体界面S(t)随时间变化 的位移过程；最后使用图像处理及参数分析软件4中的液体参数分析功能，根据毛细管中 层状流动的泊萧叶(Poiseuille)定律计算出液体的瞬时流速(V(t) = dS(t)/dt)、平均流
速7平均=1>(0/ 、表面张力F = 。/2R及粘度"平均=(a2* 。)〃4RV平均)，其中o为液
体的表面张力系数，可根据测量液体的种类及温度查找相关参数表得知，这些参数表可以 事先存储在安装所述图像处理及参数分析软件的数据处理设备中。 图7为实现图像处理及参数分析功能的软件流程示意图。当处理水平放置的透明 毛细管2中被测液体1流动过程的影像资料时，所采集视频的背景应无运动物体并尽量单 一，采用差分的方法，将视频分为若干个时间段，将时间段结尾的图像与该时间段起始的图 像进行比较，便可得出该时间段内液体移动的像素数，最后将所有时间段的位移情况平均， 即可得到相对精确的结果。当处理垂直放置的透明毛细管2中被测液体1所形成固定液柱 的图像资料时，可利用鼠标点击液面顶端和底端获得液柱高度在图像中所占的像素数并存 储，同样鼠标点击液体界面曲面两端和底部，记录三点所处的像素位置并存储。由于计算 速度对视频分辨率要求不高，保持毛细管在视频画面中所占比例较大的前提下(例如图像 宽15cm，毛细管长度10cm左右)，每秒15帧左右图像可以满足精度需求，采集图像时可采 用较低的视频采样率(例如15fps)以及较小的图像高度和宽度(例如160像素X120像 素)。由于毛细管长度固定，视频处理中液体移动的像素总数即近似于毛细管长度，于是可 以对摄像头进行近似标定(米/像素)。综合以上所得结果，即可计算获得垂直毛细管液面 高度、曲率半径以及水平毛细管液体流动速度。
具体处理过程如图7所示，包括如下步骤
1、读取垂直毛细管图像；
2、获取液柱高度所占像素数目； 3、获取液体界面曲线的位置参数；所述位置参数一般取液体界面曲面两端和底部
三点所处的像素位置； 4、读取水平毛细管视频； 5、计算视频的每秒帧数； 6、抓取影片帧A及A t时间后的帧B ; 7、将A、 B转为灰度图像，转换后A、 B均为二维灰度矩阵，便于计算； 8、将两幅图像相减，得出C，可通过C观察前后两幅图所发生的变化情况；灰度图
为数值矩阵，矩阵中的数值对应图像中每点的灰度值； 9、二值化C，即设定一阈值，灰度超过该阈值的点为l，否则为0 ; 10、计算发生变化区域的行像素数，即图像C二值化后为1的像素点在水平方向上
的个数，这个像素数就是液体流过的像素数； 11、判断是否处理完所有帧，如果判断为是，进入步骤12 ;否则进入步骤110 ;
110、将时间增加At，回到步骤6; 12、对摄像头进行标定，设定像素数目与与实物长度之间一一对应的关系，本实施 例中标定系数的单位为米/像素；
13、计算水平毛细管各时间段的液体流动速度；该速度等于标定系数、像素数和每 秒帧数的乘积； 14、计算垂直毛细管液面高度、曲率半径及水平毛细管的平均速度。 本发明上述实施例中，被测液体1可为人体体液样品，如血液、唾液、尿液、泪液
等，也可为任意一种生物化学样品。为提高影像色彩的对比度，这些液体样品可根据测量需
要添加染色剂。 本发明上述实施例中，透明毛细管2可为由玻璃或其他透明材料制成毛细管，管 径可在0. lmm-l. 5mm范围之间，管长可在50mm-150mm范围之间。 本发明中所述便携式家用影像设备3可为智能手机、数码照相机或数码摄像机等 可拍摄连续影像资料，且数据可即时存取的数码设备，其数码分辨率需高于20万像素。当 影像设备3为普通手机、数码照相机或数码摄像机时，影像数据的处理可在计算机5中完 成；当影像设备3为智能手机6时，影像数据的采集和处理可同时在智能手机6中完成。
本发明具有很多优点。首先，本发明可以在相同的装置上实现液体多种参数的测 量，如液体在毛细管内的表面张力、流速、粘度以及密度等。利用本发明不仅可以完成上述 多种参数的非接触测量，同时还能够根据不同的需求，提供不同的系统配置，使其能够在更 多场合下发挥作用；其次，本发明结构简单，采用了最为常见的影像设备，易于实现，安全可 靠，成本低廉，可根据被测样品的体积选择不同尺寸的测量材料；第三，此方法还能轻松的 实现阵列化测量，从而大幅度提高测量的速度和效率。 本发明中，在使用便携式家用影像设备3时，需采取防止抖动措施，以避免影像抖 动对图像处理过程带来的影响；同时，便携式家用影像设备3与拍摄目标间的相对距离，需 确保便携式家用影像设备3能够对拍摄目标进行最大全景成像。因此可以将便携式家用影 像设备3固定于三脚架上，以解决上述问题。 上述实施例提供的非接触式液体流体参数测量方法是借助于随处可见的便携式 家用影像设备获取液体在透明流体器件(如毛细管中流动的影像资料)，通过图像处理与 毛细管中层状流动的流体力学理论如泊萧叶(Poiseui 1 le)定律，对液体流速、密度、粘度 等各项参数进行测量及分析。采用本发明中所述的测量方法，不仅够能快速便捷的完成液 体各项流动参数的测量，还克服了传统测量依赖于大型设备的方法中的固有弊端，提高了 测量的准确性和可靠性。与此同时，本发明所提出的方法还具有简单易行、成本低，样品用 量微小等优点，更可以轻松的实现毛细管阵列中各种不同液体参数的同时测量。另外，本发 明可以扩展应用场合，如通过测评液体对多种二维、三维材料的作用特征，来确定材料的相 应属性。 最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参 照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方 案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明 的权利要求范围当中。
权利要求
一种非接触式测量液体参数的测量方法，包括如下步骤1)将透明毛细管的一端水平置入被测液体中，使被测液体在透明毛细管中发生毛细现象并开始层状流动；2)使用便携式影像设备记录被测液体在毛细管内的层状流动过程的影像资料；3)将步骤1)中所述透明毛细管垂直放置，保持所述毛细管的入口端仍然浸没于被测液体中；4)待所述毛细管内液柱高度稳定后，使用便携式影像设备拍摄具有稳定高度的液柱的图像；5)标定所述便携式影像设备中像素个数与所摄物体长度的对应关系，对步骤2)中记录的影像资料进行图像处理，得出毛细管的半径a以及层状流动中液体界面位移S(t)随时间t的变化过程，对步骤4)中记录的图像资料进行图像处理，得出被测液体在毛细管中形成液柱的高度H以及其液体界面的曲率半径R；6)根据所述步骤5)中经图像处理所得出的数据，计算得出被测液体的流体力学参数，所述流体力学参数包括被测液体的流速、密度、粘度、表面张力中的任意一个或多个。
2. 根据权利要求1所述的非接触式测量液体参数的测量方法，其特征在于，所述步骤1) 中，所述被测液体还需要根据环境光照条件添加适当的染色剂。
3. 根据权利要求1所述的非接触式测量液体参数的测量方法，其特征在于，所述步骤2) 与4)中，在记录图像及影像资料时，所述便携式影像设备镜头轴线方向与所述毛细管轴 线方向保持垂直。
4. 根据权利要求1所述的非接触式测量液体参数的测量方法，其特征在于，所述步骤 2)中，在记录影像资料前，调整所述便携式影像设备的焦距或与透明毛细管间的距离，使便 携式影像设备对透明毛细管最大全景成像。
5. 根据权利要求1所述的非接触式测量液体参数的测量方法，其特征在于，所述步骤4) 中，在记录液柱高度图像资料时，保持便携式影像设备的焦距一致或与所述透明毛细管 间的距离与所述步骤2) —致。
6. 根据权利要求1所述的非接触式测量液体参数的测量方法，其特征在于，所述步骤5) 中，采用差分法处理动态影像资料，获得所述位移S(t)随时间t的变化过程时；处理静 态图像时，利用鼠标点击液面顶端和底端获得液柱高度在图像中所占的像素数并存储，从 而获取所述液柱的高度H，利用鼠标点击液体界面曲面两端和底部，记录三点所处的像素位 置并存储，然后再通过计算获取所述曲率半径R。
7. 根据权利要求1所述的非接触式测量液体参数的测量方法，其特征在于，所述步骤6) 中，所述被测液体的密度P = (2cO/(RgH)，式中g是重力加速度，o是被测的表面张 力系数。
8. 根据权利要求1所述的非接触式测量液体参数的测量方法，其特征在于，所述步 骤6)中，所述被测液体的瞬时流速V(t) = dS(t)/dt，表面张力F二 。/2R，粘度11平均= (a2* 。)/(4RV^)，式中V^是瞬时流速V(t)的平均值，o是被测液体的表面张力系数。
9. 根据权利要求1所述的非接触式测量液体参数的测量方法，其特征在于，所述步骤 1)与3)中，所述被测液体和毛细管可以是多个样品和毛细管组成的阵列；所述步骤2)中， 所述便携式影像设备同时记录所述阵列中的各毛细管内的层状流动过程的影像资料；所述步骤4)中，所述便携式影像设备同时记录所述阵列中各毛细管内液柱高度的图像资料。
10. 根据权利要求1所述的非接触式测量液体参数的测量方法，其特征在于，所述被测 液体可为人体体液样品，也可为任意一种生物化学样品。
11. 根据权利要求1所述的非接触式测量液体参数的测量方法，其特征在于，所述毛细 管管径为0. Olmm-1. 5mm，管长为50mm-150mm ;所述便携式影像设备可为手机、数码照相机 或数码摄像机，或者是其它可拍摄连续影像资料的数码影像设备；所述便携式影像设备的 静态图像分辨率高于20万像素。
12. —种非接触式测量液体参数的测量方法，包括如下步骤1) 将透明毛细管垂直放置，所述毛细管的底端入口端浸没于被测液体中；2) 待所述毛细管内液柱高度稳定后，使用便携式影像设备拍摄具有稳定高度的液柱的 图像；3) 标定所述便携式影像设备中像素个数与所摄物体长度的对应关系，对步骤2)中记 录的图像资料进行图像处理，得出被测液体在毛细管中形成液柱的高度H以及其液体界面 的曲率半径R;4) 根据所述步骤3)中经图像处理所得出的数据，计算得出被测液体的密度，密度P = (2cO/(RgH)，式中g是重力加速度，o是被测的表面张力系数。
全文摘要
本发明提供一种非接触式测量液体参数的测量方法，包括如下步骤1)将透明毛细管的一端水平置入被测液体中；2)记录被测液体在毛细管内的层状流动过程的影像资料；3)将毛细管垂直放置；4)拍摄具有稳定高度的液柱的图像；5)标定影像设备中像素个数与所摄物体长度的对应关系，对影像资料进行图像处理，得出毛细管的半径a，液体界面位移S(t)随时间t的变化过程，毛细管中形成液柱的高度H以及液体界面的曲率半径R；6)根据所述步骤5)中经图像处理所得出的数据，计算得出被测液体的流体力学参数。本发明不依赖于大型设备，简单易行、成本低，并且样品用量微小。本发明可以轻松的实现毛细管阵列的测量，也可同时对各种不同液体参数进行测量。
文档编号G01P5/18GK101750515SQ20081022798
公开日2010年6月23日 申请日期2008年12月3日 优先权日2008年12月3日
发明者刘静, 杨阳, 王昊 申请人:中国科学院理化技术研究所