接觸角儀幾何算法及圓法、橢圓法優缺點

幾何算法(fa)(fa)采用一(yi)(yi)條直線傾斜(xie)并(bing)(bing)判(pan)斷其是否(fou)相切于液滴(di)輪(lun)(lun)廓的方(fang)式分析接觸(chu)角(jiao)值。而寬(kuan)高法(fa)(fa)則(ze)假設(she)液滴(di)輪(lun)(lun)廓符(fu)合一(yi)(yi)個圓(yuan)弧曲(qu)線，即假設(she)液滴(di)為(wei)球(qiu)冠的一(yi)(yi)部分。因而，寬(kuan)高法(fa)(fa)有時也被稱為(wei)小球(qiu)完法(fa)(fa)。此時，通過圓(yuan)弧的寬(kuan)與高，并(bing)(bing)采用反三角(jiao)函數計算出接觸(chu)角(jiao)值。

幾何算法優勢在于：

（1）被發(fa)現(xian)并使用的時間長(chang)；

（2）測試不需要(yao)復雜的儀器(qi)，人眼觀測即可。

（3）采用軟件全自動(dong)測試時，速度快(kuai)。

幾何算法缺陷包括：

（1）測值誤差(cha)大，重復性(xing)不(bu)好，精度不(bu)高，量角器(qi)法(fa)通常為2度甚(shen)至更高，寬高法(fa)時(shi)為1度左右；

（2）易受噪聲點影(ying)(ying)響，特別是(shi)采用寬高(gao)法自動分析(xi)時，背景的噪聲會明顯影(ying)(ying)響到測值結果；

（3）受人為因素(su)影響較大，特(te)別(bie)是量角(jiao)器法(fa)，每(mei)個(ge)(ge)人的(de)(de)判(pan)斷依據均不同(tong)，因而無法(fa)形成(cheng)一(yi)個(ge)(ge)可接受的(de)(de)共識(shi)結果。而寬高法(fa)在像素(su)的(de)(de)選擇(ze)時，因判(pan)斷像素(su)點少(shao)，精(jing)度很難達到很高；

（4）受液滴(di)體(ti)積的(de)(de)影響(xiang)。因其小(xiao)(xiao)球冠的(de)(de)前提(ti)假設，大液滴(di)明顯存(cun)在重力影響(xiang)，測值(zhi)結(jie)果存(cun)在偏差(cha)。還有一個(ge)不(bu)被重視的(de)(de)情況為，在接(jie)觸角(jiao)大于80度或(huo)超疏水材(cai)料(liao)（150度以上）時(shi)，事實上小(xiao)(xiao)液滴(di)（2uL或(huo)1uL），液滴(di)形狀(zhuang)也(ye)因重力而改(gai)變。

圓法、橢圓法：具(ju)體(ti)測試過程(cheng)為(wei)：拍攝液滴輪廓圖(tu)(tu)像，采用圖(tu)(tu)像識別技術擬合(he)圖(tu)(tu)像的邊緣(yuan)，提取(qu)邊緣(yuan)曲(qu)線的坐(zuo)標，將坐(zuo)標曲(qu)線與曲(qu)線方(fang)(fang)程(cheng)進(jin)行最(zui)小二乘擬合(he)，從而得到最(zui)終(zhong)的方(fang)(fang)程(cheng)曲(qu)線。在得到曲(qu)線方(fang)(fang)程(cheng)后，在接(jie)觸(chu)的兩端點(dian)處求導并進(jin)而得到接(jie)觸(chu)角值。

圓法、橢圓法算法的優點：

易被(bei)(bei)理(li)解和接受。本系列算法涉及的專(zhuan)業(ye)知識(shi)有(you)限，只(zhi)涉及簡單的幾何以及高數知識(shi)，所以，易于被(bei)(bei)使用(yong)者所理(li)解；

測試精(jing)(jing)度(du)較高，通常而言，在控制液滴量的情況下，且擬合(he)曲(qu)線與輪廓曲(qu)線重合(he)度(du)高時，精(jing)(jing)度(du)可達0.5°(圓擬合(he)或橢圓擬合(he))；

圓擬合法(fa)(fa)以及橢圓擬合法(fa)(fa)不易(yi)受背景噪聲點影響(xiang)，自動擬合的(de)成功(gong)率較(jiao)高(gao)。特(te)別是圓擬合法(fa)(fa)，在5度以內的(de)接觸角測試時。

圓法、橢圓法算法的缺點：

受液滴大小或重力影響較大，特別(bie)是圓擬(ni)合法；

橢(tuo)圓擬合(he)(he)法擬合(he)(he)10度以(yi)內接觸角(jiao)值以(yi)及特殊情況(kuang)下的(de)(de)(de)接觸角(jiao)值（如(ru)150度以(yi)上(shang)(shang)超疏水(shui)材料(liao)的(de)(de)(de)接觸角(jiao)值等，此時(shi)的(de)(de)(de)重(zhong)力影響(xiang)已經影響(xiang)到輪廓(kuo)，特別是中(zhong)心線以(yi)下的(de)(de)(de)輪廓(kuo)與以(yi)上(shang)(shang)部分不再對稱時(shi)）；

無法(fa)真實(shi)表征(zheng)界面(mian)化(hua)學現象，如化(hua)學多樣(yang)性、重力的體現、界面(mian)化(hua)學的三明(ming)治效應等；

無法(fa)擬合(he)非軸對(dui)稱圖像，除橢(tuo)圓能夠擬合(he)部分非軸對(dui)稱的圖像以及切(qie)線(xian)法(fa)外(wai)。