體在液體中的運動的第一保持裝置和第二保持裝置，且儲 液單元能夠被密封；
[0043] 圖像采集單元，采集第一球體和第二球體的運動狀態；W及
[0044] 處理單元，根據第一球體和第二球體的運動狀態，計算第一球體和第二球體之間 的相對密度差。
[0045]本實施例利用由相同材料制成的兩個球體在相同條件下豎直運動位移的差異，計 算兩個球體之間的相對密度差，克服了現有方法誤差較大的缺陷。
[0046] 儲液單元
[0047]在一個實施例中，儲液單元可W與溫度控制單元和壓強控制單元相連接。儲液單 元用于盛放液體W及由相同材料制成的兩個球體。儲液單元可包括第一保持裝置和第二保 持裝置，第一保持裝置和第二保持裝置均可包括兩塊可在磁力控制下上下移動的壓板，壓 板分別設置在兩個球體的上方和下方，可W分別控制兩個球體的運動。也可采用具有其他 形式的保持裝置來控制兩個球體的運動，運是本領域技術人員容易想到的。儲液單元中間 還可W設置帶孔擋板，從而將第一球體與第二球體分隔開，避免兩個球體互相影響彼此的 運動。儲液單元能夠被密封，通過密封實現對液體的壓強和溫度的改變。
[0048] 本領域技術人員應理解，圖1中的儲液單元僅僅是一個示例，本實施例可使用已知 的其他結構的儲液單元。
[0049]圖像采集單元
[0050]在一個實施例中，圖像采集單元可W與處理單元相連接，采集第一球體和第二球 體的運動狀態，即隨時間變化的豎直位移。圖像采集單元可W是CCD圖像采集系統，所述CCD 圖像采集系統的分辨率可為0.01mm。
[0051] 本領域技術人員應理解，圖1中的圖像采集單元僅僅是一個示例，本實施例可使用 已知的其他結構的圖像采集單元。
[0化2] 處理單元
[0053]在一個實施例中，處理單元根據第一球體和第二球體的運動狀態，計算第一球體 和第二球體之間的相對密度差。具體來說，處理單元接收圖像采集單元，采集第一球體和第 二球體的運動狀態，即隨時間變化的豎直位移。處理單元對第一球體和第二球體的豎直位 移分別進行兩次求導，獲得第一球體和第二球體在速度為0時的加速度。然后，處理單元根 據W下公式計算所述第一球體和第二球體之間的相對密度差：
[0化4]
[0055]其中ai和曰2分別表示第一球體和第二球體在速度為0時的加速度，g表示重力加速 度。
[0056] 處理單元可W是中央處理器。本領域技術人員應理解，圖1中的處理單元僅僅是一 個示例，本實施例可使用已知的其他處理單元。
[0057] 溫度控制單元
[005引在一個實施例中，所述系統還可W包括:溫度控制單元，控制液體的溫度。由于液 體的密度隨其溫度的上升而變小，反之變大，通過改變液體的溫度可W改變其密度。溫度控 制單元可W是PID水浴溫度控制系統，儲液單元置于PID水浴溫度控制系統內，所述PID水浴 溫度控制系統的測量分辨率可為ImK。
[0059]本領域技術人員應理解，圖1中的溫度控制單元僅僅是一個示例，本實施例可使用 已知的其他結構的溫度控制單元。
[0060] 壓強控制單元
[0061]在一個實施例中，所述系統還可W包括:壓強控制單元，控制液體的壓強。液體的 密度隨其壓強的增加而變大，反之變小，通過改變液體的壓強可w改變其密度。壓強控制單 元可W是PID靜壓力控制系統，所述PID靜壓力控制系統的測量分辨率可為O.lPa。
[0062] 本領域技術人員應理解，圖1中的壓強控制單元僅僅是一個示例，本實施例可使用 已知的其他結構的壓強控制單元。
[0063] 溫度測量單元
[0064] 在一個實施例中，所述系統還可W包括:溫度測量系統，測量液體的溫度。溫度測 量單元可W是高精度電橋溫度計，其測量分辨率可為0.OlmK。
[0065] 本領域技術人員應理解，圖1中的溫度測量單元僅僅是一個示例，本實施例可使用 已知的其他溫度測量單元。
[0066] 根據示例性實施例的測量相同材料之間的相對密度差的方法包括W下步驟：
[0067]步驟1:將第一球體和第二球體放入儲液單元所盛放的液體中，密封儲液單元；
[0068] 步驟2:通過第一保持裝置將第一球體固定在儲液單元底部，然后釋放第一球體并 給其一初始速度，使其先豎直上升并最終停止，同時通過圖像采集單元采集并記錄第一球 體隨時間變化的第一豎直位移；
[0069] 步驟3:通過第二保持裝置將第二球體固定在儲液單元底部，然后釋放第二球體并 給其一初始速度，使其先豎直上升并最終停止，同時通過圖像采集單元采集并記錄第二球 體隨時間變化的第二豎直位移；W及
[0070] 步驟4:基于第一豎直位移和第二豎直位移，通過W下公式計算第一球體和第二球 體之間的相對密度差：
[0071]
[0072] 其中ai和曰2分別表示第一球體和第二球體在速度為0時的加速度，g表示重力加速 度。分別對第一球體和第二球體的豎直位移進行兩次求導，可W得到第一球體和第二球體 在速度為0時的加速度。該方法利用由相同材料制成的兩個球體在相同條件下豎直運動位 移的差異，計算兩個球體之間的相對密度差，克服了現有的定義法測量相對密度差所存在 的誤差較大的缺陷。
[0073] 在一個實施例中，該方法還可W包括W下步驟:通過壓強控制單元和溫度控制單 元調節液體的溫度和壓強，使得液體的密度小于所述第一球體或第二球體在常溫常壓下的 球體密度，且液體的密度與該球體密度之差小于0 .化g/m3。第一球體或第二球體的球體密 度可通過傳統的體積質量法測出。通過調節液體的溫度和壓強，精確地使得液體密度與球 體密度幾乎相等，從而球體重力與所受浮力幾乎相等，可W使球體在液體中的運動十分緩 慢，方便記錄球體的豎直運動位移。
[0074]在一個實施例中，第一保持裝置包括能夠上下移動的第一壓板和第二壓板，第一 壓板和第二壓板分別設置于第一球體的上方和下方，第二保持裝置包括能夠上下移動的第 Ξ壓板和第四壓板，第Ξ壓板和第四壓板分別設置于第二球體的上方和下方。控制所述第 一壓板下壓，可將第一球體固定在儲液單元底部，控制第一壓板和第二壓板上升，釋放第一 球體并給其一初始速度，使得第一球體先豎直上升并最終停止，同時通過圖像采集單元采 集并記錄第一球體隨時間變化的第一豎直位移。控制第Ξ壓板下壓，將第二球體固定在儲 液單元底部，控制第Ξ壓板和第四壓板上升，釋放第二球體并給其一初始速度，使得第二球 體先豎直上升并最終停止，同時通過圖像采集單元采集并記錄第二球體隨時間變化的第二 豎直位移。
[00巧]應用示例
[0076]如圖1所示，根據示例性實施例的測量相同材料之間相對密度差的系統包括儲液 單元101、壓強控制系統102、水浴溫度控制系統103、CCD圖像采集系統104、計算機105和高 精度電橋溫度計106。
[0077]儲液單元101用于盛放液體LW及由相同材料制成的球體S1和S2，液體L的密度小 于且接近球體S1和S2在常溫常壓下的球體密度，優選地，液體L的密度與球體密度之差小于 0.2kg/m3。儲液單元101中間設置帶孔擋板107,帶孔擋板107可將球體S1和S2分隔開，避免 兩個球體在液體中影響彼此的運動。
[0078]儲液單元101包括第一保持裝置和第二保持裝置，分別控制球體S1和S2在液體L中 的運動。其中第一保持裝置包括分別設置于球體S1上方和下方的壓板T1和T2,壓板T1和T2 可W在磁力控制下上下移動。壓板T1下壓時可W將球體S1固定在儲液單元101底部，壓板T1 上升時可W釋放球體S1。壓板T2上升時可W給球體S1-初始速度，使得球體S1在浮力作用 下豎直上升，最終在重力與液體阻力的作用下停止。第二保持裝置包括分別設置于球體S1 上方和下方的壓板T3和T4,壓板T3和