一种基于液芯柱透镜的液相扩散系数测量装置及方法

本发明涉及液相扩散系数测量，特别涉及一种基于液芯柱透镜的液相扩散系数测量装置及方法。

背景技术：

1、液相扩散系数是研究传质过程，计算传质速率及化工设计与开发的重要基础数据，广泛应用在生物、化工、医学及环保等新兴行业中。目前，液相扩散系数主要依靠实验方法获得，通过测量溶液由于扩散过程形成的浓度随空间和时间的分布，根据描述扩散过程的fick定律计算出液相扩散系数。其中，膜池法(stoke r.h.,an improved diaphragm-cell fordiffusion studies,and some tests ofthe method,j.am.chem.soc.,72:763-767(1950))、光干涉法(赵长伟,李继定，马沛生，夏淑倩,measurement of liquiddiffusion coefficients of aqueous solutions of glycine,l-alanine,l-valine andl-isoleucine by holographic interferometry,chinese journal of chemicalengineering,13(2):285-290(2005))和“泰勒分散法”(cotteth.,biron j.p.,martin m.,taylor dispersion analysis of mixtures,anal.chem.,79(23):9066-9073(2007))是三种主要的传统测量方法。三种传统方法存在装置复杂、稳定性不足、结果精度差等问题。且目前的改进方法在实验操作过程中都需要移动实验仪器，以选择合适的观察薄层，其实验操作繁琐，在仪器移动过程中易造成测量误差。另外，一次实验只能选择一个浓度薄层进行观察，选择不同的浓度薄层则需进行多次实验，其测量时间长。

技术实现思路

1、本发明的目的是一种基于液芯柱透镜的液相扩散系数测量装置及方法，以一次实验则可选取多个宽度薄层计算液相扩散系数，具有实验操作简单，测量时间短，测量结果精确等特点。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

3、一种基于液芯柱透镜的液相扩散系数测量装置，包括：依次设置的光源系统、扩束系统、限宽狭缝、对称液芯柱透镜、成像系统以及上位机；

4、所述光源系统发出的光束经所述扩束系统准直扩束后通过所述限宽狭缝后进入所述对称液芯柱透镜；经所述对称液芯柱透镜折射后的光束由所述成像系统进行记录成像，得到扩散图像；所述上位机根据不同时刻的扩散图像计算液相扩散系数。

5、为实现上述目的，本发明还提供了如下方案：

6、一种基于液芯柱透镜的液相扩散系数测量方法，所述方法应用于上述的基于液芯柱透镜的液相扩散系数测量装置，所述方法包括：

7、采集多个时刻的扩散图像，并选取所述扩散图像的预设位置处的图像宽度；

8、记录所述图像宽度随时间变化的图像宽度位置；

9、根据扩散方程，结合扩散溶液的边界浓度，获得所述图像宽度位置与时间相关的浓度分布函数；

10、基于所述浓度分布函数，拟合不同时刻所述图像宽度位置与时间的线性关系式；

11、基于所述线性关系式计算液相扩散系数。

12、根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

13、本发明主要基于液芯柱透镜焦平面成像，获取不同时刻的扩散图像，根据扩散图像某一宽度位置随时间的移动情况计算液相扩散系数，不需要移动成像系统的位置，通过一组实验可同时选取多个浓度薄层计算液相扩散系数，简化了实验操作步骤，极大地缩短了测量时间，显著地提高工作效率。

技术特征：

1.一种基于液芯柱透镜的液相扩散系数测量装置，其特征在于，包括：依次设置的光源系统、扩束系统、限宽狭缝、对称液芯柱透镜、成像系统以及上位机；

2.根据权利要求1所述的基于液芯柱透镜的液相扩散系数测量装置，其特征在于，所述光源系统包括依次设置的半导体激光器和衰减片。

3.根据权利要求1所述的基于液芯柱透镜的液相扩散系数测量装置，其特征在于，所述扩束系统包括依次设置的空间滤波器和凸透镜。

4.根据权利要求1所述的基于液芯柱透镜的液相扩散系数测量装置，其特征在于，所述对称液芯柱透镜由两片曲率半径相同的球面柱透镜胶合而成。

5.一种基于液芯柱透镜的液相扩散系数测量方法，其特征在于，所述方法应用于权利要求1-4任一项所述的基于液芯柱透镜的液相扩散系数测量装置，所述方法包括：

6.根据权利要求5所述的基于液芯柱透镜的液相扩散系数测量方法，其特征在于，所述扩散方程的表达式为：

7.根据权利要求5所述的基于液芯柱透镜的液相扩散系数测量方法，其特征在于，所述扩散方程的初始条件为：

8.根据权利要求5所述的基于液芯柱透镜的液相扩散系数测量方法，其特征在于，所述浓度分布函数的表达式为：

9.根据权利要求5所述的基于液芯柱透镜的液相扩散系数测量方法，其特征在于，所述液相扩散系数的计算公式为：

技术总结本发明公开了一种基于液芯柱透镜的液相扩散系数测量装置及方法，涉及液相扩散系数测量技术领域，测量装置包括：依次设置的光源系统、扩束系统、限宽狭缝、对称液芯柱透镜、成像系统以及上位机；光源系统发出的光束经扩束系统准直扩束后通过限宽狭缝后进入对称液芯柱透镜；经对称液芯柱透镜折射后的光束由成像系统进行记录成像，得到扩散图像；上位机根据不同时刻的扩散图像计算液相扩散系数。本发明以一次实验则可选取多个宽度薄层计算液相扩散系数，具有实验操作简单，测量时间短，测量结果精确等特点。技术研发人员：孟伟东,杨瑞琴,耿柏琳,李原受保护的技术使用者：云南大学技术研发日：技术公布日：2024/8/20