Методика измерения единичных контактных углов

Два различных метода

Программа использует два различных метода для расчета контактных углов. Первый (#1) использует полный профиль капли, и эти контактные углы всегда вычисляются вместе с остальными результатами в процессе измерения поверхностного натяжения. Другой метод (#2) - это в чистом виде геометрическая экстраполяция, в которой не используется никаких данных из теоретического описания профиля капли (уравнение Лапласа), поэтому, он менее точен, но у него есть другие преимущества. Эти методы описаны в Приложении 1. В рамках функции единичного контактного угла измерение контактного угла с помощью метода экстраполяции #2. Этот метод не зависит от абсолютной калибровки, т.e. независим от увеличения изображения, но формат кадра(aspect ratio) должен быть правильным, чтобы правильно рассчитать угол). Данный метод #2 не использует никаких файлов методик (Method files), кроме названия фазы капли в активном параметрическом файле (Parameter file), чтобы провести различие между лежащими каплями и внутрижидкостными пузырьками. Если фаза капли “Воздух” или “Газ”, контактный угол будет преобразован во взаимно дополняющий угол (180° - θ ). В результате использования этого метода создается обычный Log-файл, название которого совпадает с названием активного параметрического файла (Parameter file)

Функции курсоров

Выбор этой функции связан с отображением видео изображения на экране. Координатный курсор используется здесь особым образом; граница раздела твердое тело/газ должна быть совмещена с горизонтальной курсорной линией, так как эта линия определяет математическую поверхность, на которой измеряется контактный угол. Чтобы переместить горизонтальную линию, вы должны удерживать клавишу <Shift>, таким образом, левый и правый курсоры можно перемещать независимо, удерживая левую и правую кнопку мыши, соответственно, не влияя при этом на горизонтальную линию. Настройку можно легко произвести, сфокусировавшись вначале на передней кромке твердого тела (кромка должна быть резкой) и совместить это с линией курсора, затем переместить фокус на профиль капли. Нажатие кнопки Snap(фиксация) в окне управления курсором(cursor control window) привязывает горизонтальную линию к местонахождению максимального контраста, обычно это линия основания (базисная линия).

Контрольное окно Right Cursor(правый курсор) позволяет подключить к изображению дополнительную вертикальную линию, которая управляется правой кнопкой мыши. Вертикальные курсорные линии ограничивают зону измерений, таким образом, что участки справа от левого курсора и слева от правого курсора исключаются. Это означает, что когда используются оба курсора, зона между курсорами исключается из измерений. Этим можно пользоваться для маскировки капилляра (иголки от шприца), которые часто используются в измерениях контактных углов.

Контрольные окна Left(Левая сторона) и Right(правая сторона) в группе Measure(измерение) позволяют выбрать, какую часть капли подвергнуть измерениям. Вы можете выбрать одну или обе стороны.

Измерение

Щелчок мышью по кнопке Measure(Измерение) запускает сам процесс измерения. Происходит распознавание профиля капли, а угол с горизонтальным курсором в месте контакта вычисляется с помощью численной экстраполяции. Полученные значения отображаются в окне результатов (Results window), на странице определения контактного угла (contact angle page), а чтобы визуально определить правильность измерения угла, на изображении в месте контакта проводятся касательные линии. Если для измерения выбираются обе стороны, то также вычисляется среднеезначение контактного угла и значение отклонения(отклонение = ½ разности меду двумя сторонами).

Измерение можно повторить на том же изображении после смещения координатного курсора, либо на новом изображении, выбрав параметры This picture(Это изображение)либо New picture(новое изображение)в группе Measure(Измерение) в окне Single contact angle(единичный контактный угол). Можно также вывести на экран новое изображение до настройки курсора, нажав кнопку Refresh(Обновить). До тех пор, пока окно Single contact angle(единичный контактный угол) открыто, результаты будут поочередно добавляться к активному Log-файлу. Когда вы закрываете окно, а потом снова открываете его (снова выбрав режим Single contact angle(единичный контактный угол), будет создан новый Log-файл, если был включен режим Sequencing On (Очередность сохранения файлов). Иначе тот же самый Log-файл будет затерт. Значения в столбце времени, это время, прошедшее с момента первого измерения в данной серии опытов.

Пользуясь этим методом, можно измерять капли и перевернутые пузырьки.

Следует упомянуть, что этот метод можно использовать с файловыми изображениями. В этом случае нужно сначала открыть изображение, пользуясь командой File | Open(Файл | Открыть), затем выбрать команду Measure | Single contact angle (Измерить | Единичный контактный угол). Тогда уже видимую картинку на экране можно будет использовать.

Методически привязанное измерение единичного контактного угла

Следует отметить, что измерения единичного контактного угла, проводимые с помощью метода экстраполяции, могут также проводиться в рамках определенной методикис теми же возможностями хронированияизмерений, хранения данных и т.д., как и в случае с экспериментами с поверхностным натяжением. Выбор метода зависит от выбора типа капли (Type of drop) в той или иной методике, как описано в разделе Редактор методик (Method editor).

Очередность (сохранения результатов)

Функция очередности(sequencing) связана с сохранением результатов экспериментов. Все результаты экспериментов автоматически сохраняются в log-файл. Это текстовый файл с названием эксперимента и расширением .LOG. Если проводить новый эксперимент под тем же самым именем, что и старый, старый log-файл будет переписан новым, если режим Очередность(Sequencing) будет отключен (off). Если включен режим очередности(sequencing), то будет создан файл с новым именем, путем добавления подчерка (_) и номера к названию эксперимента (параметра). Номер начинается с 1, а новые номера добавляются последовательно, так чтобы не стереть существующие файлы. Промежутки, создаваемые удаленными файлами, заполняются до того, как новые номера добавляются с конца списка. Поле Sequencing(Очередность) в строке состояния главного окна показывает, включен или выключен режим (Очередность). Sequencing(Очередность) включается и выключается с помощью команды Measure(Измерить) (Sequencing on или Sequencing off) или нажатием Ctrl+Q.

Это переключатель, который выключает или включает режим Sequencing(Очередность), в зависимости от его текущего состояния.

МАСТЕР ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТОВ

Мастер проведения экспериментов(New Experiment Wizard) является самым легким средством спланировать новый эксперимент. Новый эксперимент можно начать прямо из Мастера. В этом разделе описано, как пользоваться Мастером, а в следующем разделе будет более подробно описаны параметры и методы(Parameters and Methods), а также все поля, относящиеся к параметрам и методам.

Следует отметить некоторые важные свойства Мастера Экспериментов:

1. Мастер создает один новый параметрический файл и один новый файл методик (Method file). Эти файлы будут иметь одинаковые названия (и расширения PAR и MET, соответственно).

.

--- 34 ---

1. С помощью Мастера можно задать только самые важные поля в данном методе. Применительно к другим полям используются значения по умолчанию, т.е. параметры из файла Default.MET. К ним относится также и название директории с файлом данных.
2. После того как вы закрыли Мастер, поля нового параметрического файла и файла методик (Parameter and Method files) можно изменять обычным способом с помощью редакторов параметров и методик, соответственно, как описано в следующем разделе.

Как пользоваться мастером

Мастер можно настроить так, чтобы он запускался автоматически при запуске программы DROPimage, отметив флажком соответствующее окошко, как показано на рисунке ниже. Мастер также доступен в любое время из-под команды File (файл) главного меню (первая строка). Экран приветствия выглядит, как показано ниже.

В этом экране можно выбрать тип эксперимента. Нажатие кнопки Next(Далее) открывает экран Name (Название).

Само название данного экрана самоочевидно(Name – Название)). Как сказано выше, и параметрический файл и файл методик (Parameter and Method files), наряду со всеми файлами данных, будут использовать данное в этом экране название. Если вы выберете название, которое уже существует, Мастер спросит вашего согласия на то, чтобы затереть данный эксперимент, что означает, что вы не сможете воспользоваться этим файлом, как матрицей для вашего нового эксперимента. Если же вы не хотите затирать этот файл(ы), то вам нужно будет либо использовать новое имя, либо нажать кнопку отмены (Cancel).---

Дальнейшее нажатие кнопки Next(Далее) вызывает окно Phase Data(Выбор среды эксперимента), где вам нужно выбрать название фазы испытуемой среды. Соответствующие значения плотности веществ выбираются из файла Liquids.TXT.

Вы можете вернуться назад к экрану Name(Название) из экрана Phase Data (Выбор среды эксперимента); дальнейшее нажатие кнопки Next(Далее) откроет экран Timing (Хронирования испытаний), где вы задаете число измерений и временные значения эксперимента. Если вы хотите воспользоваться Time File(Временным файлом), нажмите кнопку Edit(правка), чтобы открыть редактор временного файла (Time File Editor). Если вы сохраните данные в этом редакторе в файле под новым именем, новое имя появится в именном окне файла мастера (Wizard’s File).

Если к вашей системе не подключен дозатор, экран Timing(Хронирование) будет последним открытым экраном, после чего вы можете закончить работу Мастера, нажав кнопку Finish(Готово) (кнопка Next(Далее) больше не появится).

Если в системе установлен дозатор, то кнопка Next(Далее) будет продолжать оставаться активной, и ее дальнейшее нажатие откроет экран Volume control parameters (Параметры управления объемом). Данный экран интерпретирует объемные параметры несколько иначе, чем в редакторе методик (Method editor), и его назначение сделать задание этих параметров процессом более понятным.

Две группы параметров в данном окне взаимно исключают друг друга, что означает, что вы сможете выбирать поля только в одной из групп. В верхней группе выбор кнопки No volume step(Отсутствие объемного шага в измерениях) запускает обычный синхронизированный эксперимент. Однако здесь же вы можете выбрать режим Keep constant volume(Держать постоянный объем). Выбор режима Use initial volume (Задать начальный объемный шаг в…) запускает эксперимент по релаксации (relaxation).

В нижней группе выбирается файл событий (Event file) для использования в данном эксперименте. Файл событий (Event file) будет таким же файлом, как и временной файл (Time file); кроме того, вы можете запустить редактор событий (Event editor) из этого экрана Мастера. Сохранение файла событий (Event file) под другим именем также повлечет смену названия файла событий в окне списка таких файлов.

После выбора всех устраивающих вас параметров, нажмите кнопку Finish(Готово). Появится следующее сообщение:

После нажатия кнопки OK, y вас будет выбор немедленно начать эксперимент.

Если вы выбираете Yes(Да), эксперимент будет проходить обычным образом. Если вы выбираете No(Нет), программа вернет вас к главному экрану, где новый параметрический файл и файл методик будут выделены как активные (PAR И MET). Вы можете предпочесть начать редактировать параметры для нового метода и начать эксперимент позднее, и т.д. Если вы захотите поместить файлы данных в другую директорию, отличную от стандартной, вам следует внести исправления в окно Data directory(Директория данных) в редакторе методик(Method Editor).

ВВОД И ПРАВКА УПРАВЛЯЮЩИХ ПАРАМЕТРОВ

Измерения осуществляются с помощью набора констант, которые управляют всеми аспектами экспериментальных процедур и вычислений. К ним относятся параметры, задаваемые через редактор параметров (Parameter editor), а также те, которые привязаны к методике испытаний. Кроме того, время измерения и специальные события (такие как объемные шаги), редактируются в отдельном (скорее в двух отдельных) редакторе. Большинство аспектов измерения привязаны к самой методике (Method). Сюда входят тип измерения, расчеты, отображение результатов и т.д. Названиеметодики (Method)также является одним из параметров измерения. Параметрический файл (parameter file) – это тот файл, который напрямую связан с экспериментом, а названиеэксперимента совпадает с названием параметрического файла(Parameter file name). Это также означает, что это название используется для log-файлов, графических растровых файлов, координатно-профильных файлов и других, напрямую связанных с экспериментом. Правила присваивания имен файлов описаны в последующих разделах. Различные поля в меню Parameter(параметры), Method(методика) и других описаны ниже после описания команды меню Edit (правка).

Меню правки

Меню Edit(Правка) приводится ниже. Оно состоит из трех групп 3 с пятью параметрами в первой группе и по одному в двух других. Выбор первых пяти параметров последовательно вызовет открытие своего отдельного редактора. В этих редакторах можно задавать или изменять ключевые параметры, которые контролируют циклы измерений, вычисление и отображение результатов.

Меню правки (Edit menu)

Кроме редакторских параметров, меню Edit(Правка) содержит строку Options(Опции)и команду Copy picture(Скопировать изображение). Описание этих строк вы найдете после раздела редакторов. Редакторы параметрических файлов (Parameters), файлов методик(Method) и временных файлов (Time file) можно запустить с помощью кнопки быстрого доступа. При этом диалог выбора файлов не используется, и редактор открывается с помощью активного файла. При выборе команды Edit <name>(Правка <название параметра>), вначале появляется стандартное диалоговое окно Windows, за ним следует подсказка выбора имени файла. После выбора файла появляется окно редактора. Ниже описываются сами редакторы.

Редактор параметров

Окно редактора параметров показано ниже. Название параметрического файла указано в титульной строке окна.

Редактор параметров (The Parameter Editor)

Методика

Первое поле позволяет выбрать методику (файл методики) (Method), что можно сделать, впечатав название в окно, либо выбрав методику нажатием кнопки Get method(Выбор метода). При этом открывается диалоговое окно, позволяющее это сделать.

Сплошная фаза, фаза капли, твердая фаза

Здесь наиболее важными программными полями являются Droplet phase(фаза капли) и External phase(Внешняя/Сплошная фаза) с двумя полями плотности (Density). В программе содержится список названий фаз (жидкостей и газов) с соответствующими плотностями (см. файл liquids.txt - жидкости). Параметр Solid phase(Твердое тело) используется в файлах контактных углов для применения их в измерениях поверхностной энергии. Данные по твердым телам берутся из файла solids.txt. Параметры твердых тел не используются в измерениях поверхностного натяжения, но представляют интерес для создания файлов контактных углов и их использования в модулях измерения поверхностной энергии. Все три фазовых окошка являются комбинированными и содержат выпадающие списка для выбора нужной среды испытаний. Поле Density(Плотность) заполняется соответствующим значением автоматически. Для внесения и редактирования списка фаз, пользуйтесь редактором Phase editor(Редактор фаз),который описан ниже.

Плотность

Наиболее важными полями в этом редакторе являются поля плотности. Значения плотности - это те необходимые данные, которыми пользуется программа для определения геометрии измерений (обычная или перевернутая капля или пузырек) и для проведения вычислений. Плотности можно непосредственно вносить в окошко, или автоматически из предложенного разворачивающегося списка выбора фаз (см.выше).

Комментарии

Поле Comments(Комментарии) предназначено для внесения только тех комментарий, которые будут включены в отчет (см. ниже). Кроме как в отчете комментарии больше нигде не фигурируют. Это поле можно оставить пустым.

Важно, чтобы процедура распознавания кромки объекта и вычисления выполнялась в соответствии со значением разности плотности и типа капли (висячей или лежащей).Для висячих капель, если плотность капли больше, чем во внешней среде, программа будет настроена на работу с обычнойвисячей каплей, в противном случае, программа будет ожидать перевернутуюкаплю. Для лежащих капель, разность плотностей будет иметь противоположный знак. Висячие и лежащие пузырькибудут также обсчитываться должным образом в соответствии с разностью плотностей. Контактные углы будут конвертироваться во взаимодополняющие углы (180 - θ), если выбранной фазой капли будет “Воздух” или “Газ”.

Для сохранения измененной версии параметрического файла, выберите Save(Сохранить) или для того, чтобы сделать новый файл, выберите команду Save as(сохранить как). В последнем случае, оригинальный файл остается без изменений. Для выхода из программы без сохранения изменений, нажмите Close(Закрыть)

Редактор методик

Заложенная в программу методика управляет большинством различных параметров измерений и вычислений. Данный редактор методик описан ниже.

Редактор методик (Method Editor)

Исходные данные

Это раскрывающийся список, который позволяет выбрать источник данных для эксперимента; выбранными значениями могут быть либо Video(Видео), либо дисковый файл (Disk file). Обычный режим - это Video(видео). Если источником данных является Disk file(дисковый файл), применяемым методом является метод пересчета (Recalculation Method),как описано ниже в разделе "Recalculation"(Пересчет).

Сохранение данных

Это также раскрывающийся список, который управляет процедурой сохранения экспериментальных данных. Обычно, значение по умолчанию в этом окне None(Нет), поэтому данные не сохраняются. Это также означает, что данный эксперимент позднее не подлежит пересчету с помощью методики пересчета. Если заданное значение Profile (dat)(Профиль данных), то координаты, зафиксированные программой в процессе распознания кромок объекта будут сохранены. В случае

выделения вами строки Bitmap (pic)(Растровое изображение.pic), для каждого измерения будет сохраняться только одно изображение. Растровые файлы будут нумероваться <название>[0].PIC, <название >[1].PIC … и т.д., где < название > это название эксперимента (параметра) (без < >). Если выбранное значение Bitmap (bmp),(Растровое изображение.bmp), то для каждого измерения будет сохраняться полноразмерное растровое изображение Windows. Изображения будет нумероваться < название >[0].BMP, <название >[1].BMP… и т.д. Если значение Bitmap (Растровое изображение.gif), то каждое измерение будет сохраняться в виде изображения в формате GIF. Изображения будет нумероваться < название >[0].GIF, <название >[1].GIF. и т.д. Если выбранное вами значение Buffer (raw)(Буфер(необработанный образ), то изображение, взятое из буфера обмена будет сохраняться под названием < название >.RAW. Данный формат является последовательным файлом каждого изображения без форматирования. При этом файл не подвергается сжатию. Пересчет возможен для всех указанных форматов, но при этом должен выбираться один и тот же формат файла для проведения измерений и их последующего пересчета.

Примечание:Будьте внимательны при сохранении растровых изображений, так как одно изображение может занимать от 300Кб дискового пространства и выше и может довольно быстро заполнить весь диск. Профильно-координатный файл обычно занимает менее 6Кб. Для экономии места при сохранении растровых изображений можно использовать сжатый формат GIF, но за счет несколько более длительной обработки изображений. Это будет иметь значение только для очень быстрых измерений (<1 сек). Сохранение растровых изображений может иметь большое преимущество при аккуратном с ними обращении. Например, ими можно пользоваться в экспериментах с висячими каплями, которые могут отрываться в ходе испытаний, или лежащими каплями, которые излишне деформируются и вносят элемент недостоверности в расчеты. При одновременном выборе сохранения растровых данных и параметра None(Нет) для расчета (Calculation) (см.ниже), изображения просто сохраняются, а позднее вы сможете произвести надежный пересчет, выбрав только хорошее изображение. Таким образом, вы сможете сэкономить и время и усилия!

Воспользовавшись одной из предложенных опций сохранения растрового изображения, вы также сможете просмотреть эксперимент позднее в виде видеофрагмента, а пользуясь специальным приложением - конвертировать фрагмент в видео файл формата Windows (AVI).

Отчет

В этой группе параметров производится выбор отчета на основании проведенного эксперимента. Значения Time(Время), Gamma(Гамма), Beta(Бета) и т.д. всегда выводятся на экран в окно результатов. Отчет является дополнительным средством выдачи данных на печать, отправки данных в другие текстовые документы, и т.д. Поле отчета(Report) может иметь значения None(Нет), Screen(Экран), Printer(Принтер), или Disk file(дисковый файл). При выборе опции Screen(экран), отчет выдается на экран в отдельном окне, которое появляется после окончания эксперимента. Окно отчета представляет собой небольшой текстовый редактор, в котором есть свое главное меню и кнопки быстрого доступа, с помощью которых отчет можно сохранять, печатать, и т.д. Опция Printer(принтер) позволяет выводить отчет непосредственно на системный принтер (доступный через File | Print setup(Файл|Настройка принтера). Опция файл File(файл), позволяет программе записывать отчет файл непосредственно в файл, с таким же названием, что и

параметрический файл по данному эксперименту и расширением .RTF extension. Это файл можно открывать непосредственно в текстовом редакторе.

Следует отметить, что отчет всегдасоставляется средствами программы DROPimage, вне зависимости от значения поля Отчета (Report). Отчет можно вывести на экран через команду Results | Show report (Результаты| Показать отчет) точно также, как если бы вы воспользовались опцией Screen(Экран) в поле Report(Отчет). Это означает, что поле Report (Отчет) в основном применяется для автоматической печати и/или сохранения отчетов. Таким способом можно получить отчет только о последнем эксперименте; для того чтобы автоматически сохранять отчеты, следует выбирать опцию Disk file(Дисковый файл). Поля в отчете можно выбирать из диалога Report | Setup(Отчет | Настройка). Окно редактора отчетов и настройка отчетов описаны в разделе Подготовка данных для отчета и печати.

Методика вычислений

Определяет методику вычислений поверхностного натяжения. Кроме случая выбора параметра None(Нет), для получения исходных данных всегда используется методика коэффициентов (Ratio), и в этом случае, никакой обработки данных больше не происходит. Значение параметра Opt(Оптимизация) в таблице результатов поверхностного натяжения будет 0. Если выставить параметр Contour(контур) в поле Calculation (вычисление) исходные значения используются в качестве отправной точки для дальнейшей оптимизации данных с использованием самых последних квадратичных значений и интер/-экстраполяции второго порядка, как описано в Приложении A. В данном случае проводится только один этап вычислений, при этом значение Opt=1. Этого обычно бывает достаточно для получения более надежных результатов. Если время не является решающим фактором для проведения эксперимента, следует выбирать параметр Optimized(Оптимизация). В этом случае программа производит последовательные оптимизации до тех пор, пока не будет получено стабильное значение, или пока не будет достигнуто предельно возможное число оптимизаций, Optmaх. Максимально допустимая относительная ошибка, ε , и Optmaх это параметры, которые считываются с пускового системного файла, однако их можно изменить в окне Measure | Options(Измерение | Опции). Подробнее об этом методе вычислений читайте в Приложении A.

Директория и диск хранения файла данных

Выберите место хранения файлов экспериментальных данных, таких как растровые и профильно-контурные файлы, лог-файлы и файлы отчетов. Можно сохранять файлы на дискету, указав дорожку a:или b:. Все системные файлы, включая параметрические файлы и файлы методик, хранятся в стартовой директории программы, которая выбирается в диалоге File | File setup (Файл|Задание файлов) (см.выше). Это поле должно обязательно присутствовать.

Тип капли (Type of drop)

Выбирает “тип капли” для проведения измерений, Pendant drop(Висячая капля), Sessile drop(Лежащая капля) или Contact angle(Контактный угол). Хотя последний параметр не имеет отношения к типу капли, все эти три опции взаимно исключают друг друга. Это поле должно быть выбрано правильно, если нужно получить точные результаты. Висячие и лежащие пузырьки (bubbles)рассматриваются как соответствующие капли, кроме плотностей (в параметрическом файле), которые можно заменять. Такая настройка производится программой автоматически (см. выше). Опция Contact angle(Контактный угол) означает, что применяется методика геометрической экстраполяции при проведении хронированных экспериментов, чтоделает возможным проводить зависимую от времени процедуру измерения контактных углов(contact angles) автоматически с помощью этого метода. Если выбрать опцию. Contact angle (Контактный угол), справа от текста появляются два небольших окна. Окна могут содержать буквы L(левый) и R(правый), соответственно, либо быть пустыми. Данные окна позволяют выбрать, с какой стороны капли измерять контактные углы: с левой, с правой или с обеих сторон. Окна L и R включаются щелчком мыши.

Тип измерений

В данном поле осуществляется выбор проводимого эксперимента: Constant volume(постоянный объем), Relaxation/pulse(Релаксация), или Oscillation (Осцилляция)(последняя опция будет активной, если ее активизировать в файле Drop.ini). Опция Constant volume (постоянный объем) задает “нормальное” хронированное измерение и не требует каких-либо дополнительных устройств контроля над объемом (необходимость поддержания постоянного объема в рамках метода обратной связи в любом случае требует наличия дозатора). Опция Relaxation/pulse(Релаксация) позволяет осуществлять более сложные измерительные процедуры, но требует установки дополнительных устройств контроля над объемом. Это также относится к опции Oscillation(Осцилляция). Этот тип измерений позволяет рассчитывать поверхностные объемные свойства. В отдельном пункте «Oscillation Measurements»(Опыты с осцилляцией) описаны специальные параметры для экспериментов с осцилляцией. Поля, которые расположены ниже окна Type of measurement(Тип измерений), будут изменяться в зависимости от того, какая из этих двух опций выбрана:

Параметры поддержания постоянного объема

Эти поля управляют хронированием экспериментов и числом измерений. Поля, как видно из рисунка, практически не требуют пояснений. Максимальное число экспериментов (Number of experiments) в серии теоретически неограниченно, а время указано в секундах. Опция Initial delay(стартовая задержка) позволяет создать задержку с начала эксперимента до проведения первого измерения, опция Time interval(временной интервал) это интервал времени при использовании режима эквидистантного хронирования. Если используется Time file(временной файл), это поле неактивно. Хронирование экспериментов описано ниже. Контрольное окошко Keep constant volume(Поддержание постоянного объема) в нижнем правом углу позволяет, при желании, поддерживать объем капли постоянным с помощью устройств контроля объема. При выборе этой опции, программа измеряет объем капли через равные промежутки времени (опция выбирается из диалога Edit | Options(Правка | Опции) и сравнивает полученную величину с исходной величиной. Если изменение по объему больше пошагового объема шприца, объем регулируется соответствующим образом. Данная функция позволяет производить измерения в течение очень длительного периода времени без обычных проблем, связанных с усадкой капли.

Хронирование экспериментов

В данной программе можно пользоваться либо эквидистантными временными интервалами, либо так называемыми Time files(временными файлами), либо Event files (Файлами событий)(которые похожи на временные, но с дополнительными возможностями). Временной файл это таблица с указанием длительностей измерений, с помощью которой определяется длительность экспериментов; таким образом, можно использовать любую временную зависимость, например, логарифмическую, квадратного корня или некоторые другие функции. Временные файлы управляются редактором временных файлов Time file editor, см. ниже.

Краткие интервалы

Если временной интервал между измерениями 0 или, по крайней мере, меньшетого времени, которое система использует на проведение одного измерения (с учетом вариантов сохранения результатов и /или вычисления), временной интервал будет равен видео скорости, т.е. 1/25 с (МККР) или 1/30 с (США). Этот параметр будет выдерживаться при условии наличия достаточной памяти для всех изображений сохраняемых в буфере обмена. Если буфера недостаточно, операционная система будет использовать виртуальную память (файл подкачки на жестком диске), при этом время будет увеличиваться.

Если время захвата изображения меньше, чем то время которая система тратит на проведение одного вычисления (это время увязано с системой и задается в файле инициализации), программа будет задерживать вычисление до тех пор, пока ей не будет доступен такой интервал времени, в течение которого можно будет обработать одно или более захваченных изображений.

Изображения всегда будут обрабатываться в нужной последовательности, начиная с 1. Программа автоматически определит, как много изображений может быть захвачено программой до начала вычислений. Левое поле строки состояния снизу главного окна отражает текущую работу программы (например, номер какого изображения в данный момент выводится на экран).

Временные файлы и Файлы событий (Time and Event files)

Если на экране отмечены Time file(Временной файл) или Event file(Файл событий), параметрическое окно Time/event file(файл времени/событий) становится активным. Чтобы выбрать временной файл (Time file), либо впишите название файла, либо щелкните мышью по кнопке Get file name(выбрать имя файла), чтобы открыть диалоговое окно и выбрать файл. Строки во временном файле будут определять, время каждого измерения вместо фиксированного временного интервала. Время задержки будет первой записью в этом файле, при этом файл должен содержать достаточное число записей для всех измерений. Временные значения можно располагать любым удобным вам способом, чтобы облегчать действия с логарифмами, степенями или другими нелинейными шкалами времени. Создание и правка временных файлов описаны в разделе "Time file editor"(Редактор временных файлов) ниже. Временные файлы является универсальным средством управления хронированием экспериментов, так как любой из методов может использовать временные файлы. Временные файлы – это обычные текстовые файлы с одним временным значением в каждой строке, которые могут быть созданы другими программами (например, электронными таблицами или текстовыми редакторами). Файлы должны иметь расширение.TIM.

Файл событий(Event file)содержит такую информацию, что и временной файл, плюс некоторые дополнительные функции в виде трех дополнительных элементов на каждое временное значение. Эти элементы используются при выборе режима измерений Relaxation/pulse(Релаксация). Этими элементами являются поля Volume(Объем) и Measure(Измерить). Кроме этого, может быть использовано еще одно дополнительное поле Comment(Комментарий). См. ниже описание редактора файла событий. Можно использовать временной файл в эксперименте с релаксацией (Relaxation/pulse) без этих дополнительных полей. В этом случае, поле Volume(Объем) получает значение 0, а поле Measure(Измерить) - 1, в соответствии с режимом эксперимента с постоянным объемом (constant volume). Тогда две этих методики аналогичны, кроме величины начального объемного шага (если же этот параметр имеет значение 0, тогда обе методики идентичны).

Импульсные параметры (параметры релаксации)(Relaxation/pulse parameters)

Поля в окне данного эксперимента аналогичны полям эксперимента с постоянным объемом (Constant volume), кроме двух дополнительных полей, поле Initial vol.step(Начальный объемный шаг) и окно Measure zero value(измерить величину нуля). См.ниже окно редактора.

Параметры релаксации в редакторе методик(Relaxation parameters in the Method editor)

Операция начального объемного шага производится вскоре после начала эксперимента. Измерение величины нуля происходит до операции с объемным шагом. Если капля слишком мала или отсутствует в момент измерения, снимите флажок с окна Measure zero value(измерить величину нуля), иначе программа может остановиться. Если активировать окно Keep constant volume (Держать постоянный объем), объем будет поддерживаться на уровне величины объема, измеренного после начального объемного шага (после Timing interval(временного интервала), заданного в Edit | Options(Правка | Опции).

Это предотвратит возможное умышленное вмешательство в параметры объема, заданные в файле событий (event file), поэтому снимите флажок с этой опции, если вы планируете работать в режиме хронированных изменений объема

Использование файлов событий (Event files)

Как уже говорилось в разделе Time files(временные файлы), файлы событий (event files) также задают временные рамки измерений. Однако, помимо временных значений, могут быть использованы два дополнительных поля, Volume(Объем) и Measure(Измерить) для контроля над объемным шагом и измерениями. Поле Volume(Объем) задает шаг объема (в mm³) измерений производимых в данный момент, а поле Measure(Измерить), параметры которого “N” или “Y” задает проведение измерения сразу же после назначения объемного шага. Таким образом, файл событий можно видоизменять для проведения разнообразных импульсных экспериментов, даже включая эксперименты с медленной осцилляцией с помощью функции синусоидального объема (встроена в редактор см. ниже).

Методика проведения экспериментов с осцилляцией

При выборе кнопки Oscillation(Осцилляции), размер окна Method Editor (Редактора методик) увеличивается книзу, как показано ниже. Окно с полем Number of measurements (Количество измерений) будет переименовано в окно Number of frequencies(Количество частот), в дополнение к трем другим окнам с правой стороны: Amplitude(амплитуда), Start frequency(Начальная частота) и End frequency(Конечная частота). Кроме этого, появится ряд других окон вместе с таблицей со списком частот. Большинство полей, включая таблицу, сохраняются вместе с методикой (Method).

Вид окна редактора методик при выборе кнопки Oscillation(Осцилляции).

Эксперимент с осцилляцией управляется параметрами из таблицы списка частот. С помощью значений в пяти окнах редактирования справа от таблицы, вместе с группой параметров Intervals(Интервалы), создается список частот. Список частот всегда имеет приоритет для использования в целях эксперимента, если только значения окон редактирования редактируются без использования функции обновления списка (функция Update list – Обновить список), или же если таблица списков редактируется вручную. Это означает, что можно изменять частоту (frequency), амплитуду(amplitude), число точек (number of points) и число периодов (number of periods) индивидуально для каждого эксперимента.

Чтобы создать новый список частот, заполните поля Number of frequencies(Количество частот), Amplitude(Амплитуда) и. т.д. и нажмите кнопку Update list(Обновить список). Новый список затем можно править вручную и с помощью сохраненной методики. ПрограммаDROPimage обратится к списку, когда будет запущен новый эксперимент с осцилляцией.

Значения в группе Timing(Хронирование) не влияют на эксперимент с осцилляцией, кроме параметров Time delay(Задержка времени) и Time interval(Временной интервал). Параметр Time delay(Задержка времени) в этом случае задается до начала каждой серии измерений с осцилляцией. То есть иногда он может влиять на эксперимент. Параметр Time interval (Временной интервал) задается как промежуток времени между отдельными испытания с разной частотой в случае, когда эксперимент проходит в автоматическом режиме.

Редактор временнóго файла (Time file editor)

Редактор временных файлов(Time File editor) применяется для правки временных параметров измерений в эксперименте (см. рисунок ниже). Таблица значений времени содержит ряды по 10 столбцов в каждом, которые содержат значения времени для эксперимента. Временной файл также может содержать любое число значений, и если это число не кратно 10, оставшиеся ячейки будут иметь значения 0. В верхней части окна, имеется группа параметров Function fill(Выбор функции), а внизу имеется Status line(Строка состояния), которая регистрирует количество временных значений в файле. По таблице временных значений можно перемещаться с помощью стрелок или мыши, и вносить новый значения в любую ячейку.

Временные значения в файле являются целыми числами, в секундах, минутах или часах. Если в минутах, то число будет иметь букву m(строчную), в качества ярлыка после самого числа; если в часах, то соответственно, ярлык h. Временные значения могут вводиться в любом из этих форматов, т.е. время в секундах вносится как целое число, а в минутах или в часах, как целые числа с ярлыком mили hпосле числа (без пробела). Другие ярлыки не будут приняты программой при попытке сохранения файла, и в этом случае изменения сохраняться не будут.

Редактор временных файлов (Time file Editor)

Параметр Number of time values(количество временных значений) определяет число таких значений, которое может содержаться в файле. Если вы хотите изменить это число, введите новое и нажмите кнопку Change(Изменить). После чего таблица либо расширится, либо сожмется, чтобы отразить действие нового числа. Количество колонок будет всегда 10. При необходимости у правой кромки таблицы появиться полоса прокрутки.

Как обозначено в окне параметров Function fill(Выбор функции), для заполнения экрана расчетными значениями используются две функции, которые позволяют добиться подходящей нелинейной шкалы со значениями. Сохраняются только сами значения, которые также можно редактировать после выполнения расчета с помощью функции. Одна из предлагаемых функции - экспоненциальная функция (которая создает "логарифмическую" шкалу), другая - степенная функция. Исходный адрес для начала применения функции находится в месте положения курсора, а исходное значение времени t₀будет значением, расположенным ниже этой ячейки (0, если курсор находится на первой ячейке). При выборе той или иной функции для вычисления временных значений задействуются две константы aи b. Величина iявляется индексом ячейки. Вычисленные значения будут округляться до ближайшего целого числа. По окончании сеанса редактирования, сохраните файл под тем же самым именем, выбрав команду Save(Сохранить) или под другим именем, выбрав Save as(Сохранить как).

Редактор файла событий (Event file editor)

Редактор файла событий по функциям до некоторой степени похож на редактор временного файла, но имеет ряд отличий. Окно редактора приводится ниже.

Редактор файла событий (Event file editor)

Как обозначено выше в разделе Хронирование экспериментов, оба редактора пользуются одними и теми же файлом с расширением .TIM. Однако, в редакторе файла событий (Event editor) все поля в файле можно изменять, в то время как в редакторе времени (Time editor) правке подлежит только первая колонка. Также в файле времени/событий могут быть от 1 до 4 значений в строке с единственной разницей в характере использования файлов. Так, эксперимент с постоянным объемом использует только первое значение Time(Время), в то время как импульсный эксперимент(релаксация) (Relaxation/pulse) пользуется тремя значениями, Time(время), Volume(Объем) и Measure(Измерение). Параметр(Volume) дает команду программе в заданный момент времени изменить любое исходное значение объема, а параметр Measure(измерить) позволяет провести измерение сразу же после изменения объема. Параметр Comment(Комментарий) является вспомогательным и не имеет определенной функции в программе.

Функция Fill(Заполнение) в редакторе событий (Event editor) отвечает за заполнение данными колонки Volume(Объем), в отличии от колонки Time(Время) в редакторе времени (Time editor). Смысл заполнения колонки с данными объема состоит в том, чтобы помочь осуществить функциональные изменения объема капли, например, синусоидная осцилляция, прямоугольный импульс, пилообразный импульс. Эти три функции доступны в группе Function type(Тип функции). Среди параметров, которые управляют вновь созданными объемными данными, следующие: Vmaх, объемная амплитуда (в микролитрах) и период(Period) (в секундах). Функция Square(Прямоугольная) генерирует прямоугольный импульс, с заданным периодом и объемной амплитудой, а функция Saw(Пилообразная) создает пилообразное колебание, также с заданной частотой и амплитудой. Пиктограммы рядом с кнопками иллюстрируют тип заданной функции. Можно также редактировать все объемные значения вручную. Чтобы переключать поле Measure (Измерить) между командами “Y”(Да) и “N”(Нет), щелкните правойкнопкой мыши над нужной ячейкой.

В редакторе событий (Event editor) не предусмотрено изменение количества предусмотренных значений времени и объема в файле; пользуйтесь для этих целей редактором времени.

Редактор фаз(Phase editor)

Для управления двумя основными файлами параметрического редактора (Parameter editor) liquids.txt и solids.txt, очень удобно пользоваться редактором фаз/среды испытаний.

Редактор фаз (The Phase editor)

Функция этого редактора не требует особых пояснений. Поле Name(Название) может содержать до 255 знаков. Total(Итоговый)это итоговое значение поверхностного натяжения испытуемой жидкости, в то время как Disp. and Polar– это дисперсионная и полярная составляющие Total(Итогового значения). Значения Polar+ и Polar- относятся к кислым и основным составляющим компонентов не –Лившица -Ван дер Ваалса, согласно теории ван Осса (van Oss) и его партнеров. Последовательность веществ такая же, как и в файле, т.е. данные не сортируются.

Файлы нельзя редактировать в обычном текстовом редакторе (таком как Notepad), чтобы избежать ошибок форматирования, но данные из него можно импортировать и редактировать в электронных таблицах, таких, как, например Excel.

КАЛИБРОВКА СИСТЕМЫ

Чтобы правильно вычислить поверхностное натяжение, необходимо знать увеличение видео изображения. В процессе калибровки программа измеряет известный объект и автоматически вычисляет размер пикселей в вертикальном и горизонтальном направлении. Процедуру калибровки следует проводить всякий раз, когда изменяется увеличение оптической системы. При запуске программы DROPimage, автоматически используются данные последней калибровки (они хранятся в файле DROP.CAL). Калибровка обычно производится измерением цилиндра, расположенного перед объективом видеокамеры. В роли цилиндра могут выступать стальной или стеклянный стержень или трубка. Этот предмет должен быть также точно измерен каким-то другим методом (например, микрометром). Меню Calibration(Калибровка) содержит три строки, Show calibration(Показать калибровку), New calibration(Новая калибровка), и Use new picture(s)/Use present picture(Использовать новое изображение/старое изображение). Последняя строка имеет функцию переключателя, который срабатывает каждый раз при нажатии на него. Строка меню Show calibration(Показать калибровку)просто показывает окно калибровочных значений (Calibration values window). Строка New calibration(Новая калибровка)имеет подменю, что обозначено стрелкой:

[||] Horizontal(Горизонтальный) означает, что измеряется (горизонтальная) ширина вертикального цилиндра, а [=] Vertical означает измерение вдоль вертикали. Вариант калибровки [o] Sphere(сфера) используется для измерения сферического объекта, видимого в границах изображения. При выборе одного из пунктов подменю, появляется калибровочный диалог; заголовок зависит от типа калибровки. Диалог для горизонтальной калибровки приведен ниже:

Диалог для горизонтальной калибровки (Horizontal Calibration dialog)

Окно Diameter(Диаметр) задает размер объекта, а само значение программа берет из файла инициализации. В окно можно ввести другое значение, а для достижения большей точности можно ввести параметр Number of runs(Число измерений). Нажатие кнопки OK производит измерения нужное количество раз согласно заданному числу измерений, после чего выводится среднее значение на базе всех измерений, которые используется для вычисления размера пикселей. Результат отражается в окне калибровочных значений.

Калибровочное окно (Calibration window)

При горизонтальнойкалибровке измеряется размер Y-пикселя, а на его основе вычисляется размер X-пикселя и формат изображения (aspect ratio). При вертикальнойкалибровке, процедура обратная. Вертикальную калибровку следует проводить всякий раз, когда изменяется оптическое увеличение, поэтому ее называют "обычным" типом калибровки. Исходное окно для горизонтальной калибровки аналогично окну для вертикальной калибровки

При сферическойкалибровке вычисляются оба пиксельных размера и формат изображения, поэтому она считается лучшим методом калибровки. Вся сфера должна быть видимой в пределах изображения; при этом вдоль поверхности сферы не должно быть никаких помех (никаких висящих проводов или других поверхностей). Также для выполнения этой функции, программа заимствует диаметр сферы по умолчанию из файла инициализации. Программа определяет полный профиль сферы и рассчитывает x-пиксель, y-пиксель и формат изображения (aspect ratio) (y/x) на основе подбора многочленов 2 степени, описывающих 4 крайних участка изображения (верхний, нижний, левый, правый). Однако, исходя из опыта формат изображения, вычисленный с помощью сферической калибровки, не является идеальным для всех ситуаций, поэтому можно будет сделать небольшую корректировку формата вручную. Наилучшее значение можно получить тогда, когда поверхностное натяжение не изменяется с размером капли, учитывая то, что висячая и лежащая капли одной и той же жидкости дают одинаковое значение поверхностного натяжения (этого не всегда удается достичь во всех ситуациях по разным причинам).

Переключатель Use new picture(s)/Use old picture(Использовать новое изображение/старое изображение)позволяет выбрать режим калибровки на материале новых изображений из устройства захвата изображения, или с помощью старого изображения. Ситуация с новым изображением стандартная (по умолчанию), в то время как старое изображение позволяет осуществить калибровку на основе сохраненных изображений (поддерживаются все форматы). Это позволяет обсчитывать эксперименты, проведенные другими системами, если для этой системы имеется калибровочная картинка.

Всякий раз при запуске новой системы калибровка должна начинаться со сферической калибровки, так как необходимо, чтобы наряду с увеличением был откалиброван формат изображения. Эту калибровку следует проводить, когда вы меняете видеокамеру и/или плату захвата изображения, так как между моделями могут существовать небольшие различия. Обычно эта калибровка проводится в заводских условиях, когда DROPimage устанавливается на новую систему.

Если вам приходится заменять оптику в системе обработки изображений с изменением оптического увеличения, сферическую калибровку (Sphere Calibration), либо использовать более простую горизонтальную калибровку (Horizontal Calibration).

Как проводить калибровку

Сферическая калибровка

Чтобы провести сферическую калибровку(Sphere Calibration), воспользуйтесь специальным средством сферической калибровки, которое представляет собой стальной шарик, приклеенный к стеклянному слайду. Стеклянный слайд укреплен вертикально, таким образом, что стальной шарик виден через стекло и позиционируется в середине изображения, как показано ниже.

Разверните меню Calibration (Калибровка), выберите опцию New calibration (Новая калибровка), затем Sphere(Сфера).

Вы увидите изображение сферы в главном окне, и диалоговое окно сферической калибровки (Sphere calibration), как показано ниже.

Окно Diameter(Диаметр) это размер сферы, взятый из файла инициализации. Если размер сферы другой, можно ввести другое число. Опцию Number of runs(Количество измерений) можно выбрать для достижения большей точности, но чаще всего одного раза хватает. Нажмите кнопку OK, чтобы начать процедуру измерения(числа измерений) и вычисления размера x- и y-пикселей и формата изображения. Результат отображается в окне калибровочных значений, как показано ниже.

Так как видео камера и плата захвата изображения работают с «квадратными пикселями», формат изображения будет близок к 1.0, но небольшие отклонения могут иметь место из-за неточностей в работе оборудования. Исправление этих отклонений будет важно для того, чтобы получить более точные показания поверхностного натяжения

Нажмите OK для сохранения измеренных величин в файле DROP.CAL.

Горизонтальная калибровка

Для проведения горизонтальной калибровки (Horizontal Calibration), воспользуйтесь ровной металлической трубкой или металлическим стержнем. Не пользуйтесь стеклянной трубкой или стеклянным стержнем. Стержень устанавливается вертикально и позиционируется в середине изображения, как показано ниже. На экране с обеих сторон от стержня должно быть достаточно места, при полном отсутствии места сверху или снизу от стержня, как показано на данном рисунке.

Разверните меню Calibration (Калибровка), выберите опцию New calibration (Новая калибровка), затем Horizontal(Горизонтальная). Вы увидите изображение стержня в главном окне, диалоговое окно, как показано ниже. Окно Diameter(Диаметр) это размер стержня, взятый из файла инициализации. Если размер стержня другой, можно ввести другое число. The Опцию Number of runs(Количество измерений) можно выбрать для достижения большей точности, но чаще всего одного раза хватает. Нажмите кнопку OK, чтобы начать процедуру измерения(числа измерений) и вычисления размера y-пикселя. Размер x-пикселя вычисляется на основе формата изображения. Результат также отображается в окне калибровочных значений (Calibration values window). Нажмите OK для сохранения измеренных величин в файле DROP.CAL.

Обратите внимание, что эта процедура не меняет формата изображения.

РАБОТА С ФАЙЛАМИ ПРОГРАММЫ DROPIMAGE

В основном большинство программных файлов DROPimage обслуживаются автоматически в рамках измерительных процедур. Однако этими файлами можно также управлять из-под меню. Раздел меню File(Файл)содержит функции открытия и сохранения растровых изображений и файлов с координатными данными, а также диалог File setup (Задание файлов). Кроме этого, в меню есть функция управления файлами измерения контактных углов (Contact angle File Control), в добавление к тому, что эта функция доступна из других программных средств. Меню Results(Результаты)содержит команды по загрузке, сохранению и печати отчетов (reports). Кроме этого, окно отчетов имеет свое собственное меню с подобными функциями.

Задание файлов

Программа выбирает стартовую директорию и методику испытаний, а также параметрические и временные файлы из файла инициализации (drop.ini). Эти параметры можно менять с помощью диалога File | File setup(Файл | Задание файлов), см.ниже.

Стартовые файлы должны находиться в директории по умолчанию (Default file directory). При проведении эксперимента, местоположение файла методик (Method file) определяется настройкой Method(Методика) в параметрическом файле(Parameter file) (см. редактор параметров(Parameter editor), а расположение временного файла(Time file) – с помощью уставки Time file (временной файл) в файле методик (Method file). Таким образом, действительными файлами по умолчанию являются только стартовые файлы. Тем не менее, директория по умолчанию (Default file directory) будет повсеместно использоваться в программе для файловых диалогов.

Диалог задания файлов (File setup dialog)

Чтение изображений

Функция File | Open picture (Файл | Открыть изображение) открывает растровый файл, ранее сохраненный с помощью функции File | Save picture(Файл | Сохранить изображение или с помощью хронированного измерения с помощью функции Bitmap storage(Сохранить как растровый файл) выбранной в окне методик (Method).

Кнопка быстрого доступа имеет те же функции, что и функция File | Open picture(Файл | Открыть изображение).

Поддерживаемые программой типы файлов:

PICНеуплотненный растровый файл, один байт на пиксель, без рубрикатора. Этот формат идентичен формату файлов, которые сохраняются программой, если выбрать параметр Bitmap(Растровый кадр) в поле хранения данных (Data storage) в окне методик(Method). Значок * должен заменяться номером.

BMPРастровый формат Windows (несжатый). Растровые данные аналогичны данным в файлах PIC.

GIFФормат графического обмена (CompuServe). Это уплотненный формат, в котором данные обычно занимают меньше места, чем другие форматы. Недостатком этого формата является тот факт, что упаковка/распаковка данных занимает некоторое время, но с быстрым процессором это будет малозаметно.

Растровое изображение формата PIC загружается в ОЗУ и выводится на экран в графическое окно. Затем его можно обработать с помощью фильтрации. Картинки формата BMP или GIF file также конвертируются во внутренний формат, и их можно обработать аналогичным образом. Это означает, что программа DROPimage может читать файлы BMP и GIF, созданные другими программами; однако эти файлы не могут быть намного больше, чем изображения, генерированные самой программой. Программа DROPimage не может читать файлы формата TIF.

Сохранение изображений

Функция File | Save picture (Файл | Сохранить изображение) переводит растровое изображение из ОЗУ в дисковый файл.

Кнопка быстрого доступа имеет ту же функцию.

Поддерживаемые программой типы файлов те же, что и описанные в разделе чтение изображений (Open picture), плюс формат TIFF:

TIFTIFF (Теговый Формат Файлов Изображения) (несжатый). Растровые данные аналогичны данным файла PIC, но заголовок файла имеет формат TIFF.

Файлы, сохраненные в формате BMP, GIF или TIF могут открываться в других программах. Это удобно с точки зрения экспорта изображений для печати, редактирования т.д. Изображения имеют 8-битный черно-белый формат (при 256 цветах).