一种微纳气泡的三维动态成像表征装置.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN114858666A(43)申请公布日2022.08.05(21)申请号202210039366.4(22)申请日2022.01.13(66)本国优先权数据202111471062.72021.12.03CN(71)申请人华南理工大学地址510640广东省广州市天河区五山路381号(72)发明人龚湘君张广照梁霄(74)专利代理机构广州粤高专利商标代理有限公司44102专利代理师林奕聪(51)Int.Cl.G01N15/02(2006.01)G01N15/00(2006.01)G01N21/85(2006.01)权利要求书1页说明书6页附图5页(54)发明名称一种微纳气泡的三维动态成像表征装置(57)摘要本发明公开了一种微纳气泡的三维动态成像表征装置。该装置包括：光源、凸透镜组、样品池、物镜和图像传感器。该方法包括以下步骤：光源发出的光经过透镜组后作为入射光照射样品池内溶液中的微纳气泡，并产生物光，再利用物镜汇集物光至图像传感器，图像传感器记录物光与入射光的干涉，获得全息图。最后利用三维定位算法、轨迹追踪算法和粒径测量算法获得微纳气泡实时动态的个体尺寸、粒径分布、三维位置与三维运动轨迹。本装置可实现对微纳气泡的三维实时成像和追踪，适用于水处理、工业加工、农业生产、生命科学、医疗健康等微纳气泡相关应用领域。CN114858666ACN114858666A权利要求书1/1页1.一种微纳气泡的三维动态成像表征装置，其特征在于，包括：光源(1)、凸透镜组(2)、样品池(3)、物镜(4)和图像传感器(5)；所述光源(1)、凸透镜组(2)、样品池(3)、物镜(4)、图像传感器(5)依次位于同一水平线上，且光源(1)、凸透镜组(2)、物镜(4)、图像传感器(5)的中心皆位于图中点划线光轴上，样品池(3)表面垂直于光轴；该装置的使用方法包括步骤如下：S1、打开光源(1)及图像传感器(5)的电源；S2、调节图像传感器(5)的参数使视场亮度均匀且适宜；S3、向样品池(3)中加入富含微纳气泡的溶液，或加入溶液后以注射或搅拌法制造微纳气泡，静置，控制图像传感器(5)以高速连拍的方式记录样品全息图；S4、由原始全息图获得扣除背景的全息图；S5、利用三维重建算法，由扣除背景的全息图重构三维光场；S6、利用轨迹追踪算法处理三维重构光场，得到微纳气泡的运动轨迹信息；S7、利用粒径测量算法处理重构光场，得到各微纳气泡的尺寸信息。2.根据权利要求1所述微纳气泡的三维动态成像表征装置，其特征在于，光源(1)、凸透镜组(2)、物镜(4)、图像传感器(5)各单元在光轴方向的距离应满足如下的成像位置：使聚焦位置位于样品池靠近物镜侧的内壁，使微纳气泡成像适度离焦。3.根据权利要求1所述微纳气泡的三维动态成像表征装置，其特征在于，所述光源为相干光或部分相干光。4.根据权利要求1所述微纳气泡的三维动态成像表征装置，其特征在于，所述光源的中心波长选取范围：200nm＜λ＜1000nm。5.根据权利要求1所述微纳气泡的三维动态成像表征装置，其特征在于，步骤S4的具体过程为：对全息图进行光强平均，得到背景图，由全息图扣减背景图得到扣减背景的全息图。6.根据权利要求1所述微纳气泡的三维动态成像表征装置，其特征在于，步骤S5的具体过程为：对扣除背景的全息图像进行数值重建，得到微纳气泡三维重构强度分布的信息，计算如下：‑1U(r,‑z)＝FT(FT(Is(r,0)·H(q,‑z)))其中，为微纳气泡水平方向的初始坐标，z为微纳气泡的初始轴向坐标；FT‑1为傅里叶逆变换；FT为傅里叶变换；H(q,‑z)为h(r,‑z)的傅里叶变换。7.根据权利要求1所述微纳气泡的三维动态成像表征装置，其特征在于，步骤S5中，重建轴向区间的取值大于仪器在轴向的成像范围，步进为像素的大小除以物镜放大倍数。8.根据权利要求1所述微纳气泡的三维动态成像表征装置，其特征在于，步骤S6中，根据相邻帧在三维光场中的相关性，连接相邻微纳气泡信号点的三维位置，获得三维运动轨迹。9.根据权利要求1所述微纳气泡的三维动态成像表征装置，其特征在于，步骤S7中，对于光场中的微纳气泡的信号点，利用函数拟合其光强，获得信号点的半峰宽度。10.根据权利要求9所述微纳气泡的三维动态成像表征装置，其特征在于，根据校正的半峰宽度与微纳气泡尺寸的比例系数，由各微纳气泡的半峰宽度，获得各微纳气泡的尺寸。2CN114858666A说明书1/6页一种微纳气泡的三维动态成像表征装置技术领域[0001]本发明涉及一种溶液及表面上测定微纳气泡个体尺寸，粒径分布，三维位置、三维运动轨迹的装置及方法。背景技术[0002]相对于其他微粒如固体微粒，油滴等，微纳气泡具有尺寸小、易受扰动、形态多变、粒径分