论文部分内容阅读
本论文总体上分为三部分:液体表面特性光学智能化检测技术、弯曲液面动力学方程的建立及实验中光学现象的分析。三部分中液体表面特性光学智能化检测技术是此次工作的主要任务,它建立了一种对液体特性进行光学无损、实时、智能化检测的新方法,具有很高的精度和可操作性。通过对弯曲液面的研究,我们建立起了液体表面张力与弯曲液面间的微分方程,为进一步研究打下了基础。同时在实验中,发现了一些新的现象,在此本文也作了理论上的分析与解释。 本论文研究的主要内容和结论如下: 1.当强度均匀分布的入射光照射到局域弯曲的液体表面时(此弯曲液面是通过固体棒与液体间的浸润效应形成的),其反射光场分布出现不均匀的现象,即对上弯曲液面,均匀分布的亮场中心出现了一个近似椭圆形的暗场,而对下弯曲液面,均匀分布的亮场中心出现了一个强度不均匀分布的星形。通过分析研究发现,当采用不同的固体棒或液体时,暗场分布的大小和形状不同,而且发现暗场分布的大小与液体的表面张力有关,即对同一固体棒,表面张力大的液体形成的暗场面积大,表面张力小的形成的暗场面积小。 2.以上述理论为基础,结合最新的图像捕获及数字化处理设备:CCD视频捕获器、计算机,我们对上述现象进行了应用性开发,建立了一整套测量软件:图像扫描软件(pic.c),曲线拟合软件(hpirl.c)及表面张力计算软件(xj.c)。 同时也形成了相应的硬件雏形,实现了最初的设计构想:即,从信号捕获到最终测量数据的显示都由计算机依照相应程序及时、准确地完成,做到了无损、实时、准确、高效、智能化测量液体表面参数。 3.利用表面物理及流体力学的相关知识,对弯曲液面谨行研究,建立了弯曲液面的动力学方程 777八 、卞U X 二I 卜I 人。in \\M/yj y-7 \-”\一\HjVjl 式中Z(Y)为弯曲液面的曲线方程,p为液体密度,g为重力加速度,T为液体表面张力。 4.在本研究过程中,弯曲液面的以下两实验现象被首次发现: 现象厂卜 当局域上弯曲表面处于透镜的一倍焦距之内,该光场经透镜后出现近似椭圆形分布,且沿光线传播方向,此图样不断变小,最后形成一亮斑,此后图样发生破裂,形成星形状图样(此图样恰为上弯曲液面的透射光场分布),此后该图样沿光线传播方向只是大小不断变化。 现象*卜 当局域上弯曲表面处于透镜的一倍焦距之外两倍焦距之内,该光场经透镜后出现星形状图样,沿光传播方向,此分布不断变化,当达到某个临界位置,此图样发生破裂,出现了近似椭圆的分布(此恰为下弯液面的透射光场),此后此图样只是变大,不存在形状变化。 同样对下弯曲液面也有类似现象存在。 通过分析可知:光路中透镜可以实现反射光场和透射光场分布变换,同时也可实现上弯曲液面与下弯曲液面光场的变换。