一种新型膜材料的性能检测方法及系统与流程

本发明涉及膜材料检测，具体而言，涉及一种新型膜材料的性能检测方法及系统。

背景技术：

1、膜材料作为一种新型高性能材料，已广泛应用于建筑幕墙、充气膜结构、防水工程、电子器件封装及分离膜等领域，膜材料的力学性能和物理耐久性能直接影响其服役寿命与安全性，因此对其性能的准确检测至关重要，目前，膜材料性能检测主要面临以下技术问题：现有检测方法多采用单轴或双轴机械拉伸方式对膜材料进行力学测试，获取弹性模量、断裂强度等参数，然而，膜材料在实际应用中，如充气膜结构、气承式屋面等场景下，主要承受的是均布气压载荷，其受力模式为面外均布压力引起的离面变形，这与机械拉伸加载下的面内受力模式存在本质差异，采用传统的拉伸测试所得力学参数，难以准确反映膜材料在真实均布压力工况下的力学响应行为。因此我们对此做出改进，提出一种新型膜材料的性能检测方法及系统。

技术实现思路

1、本发明提供了一种新型膜材料的性能检测方法，包括以下步骤：

2、获取待测膜材料样品，将膜材料样品置于密闭检测环境中并保持张紧状态；设定密闭检测环境的环境参数，环境参数包括温度参数、湿度参数和辐照参数中的至少一种；

3、通过气压加载方式向样品施加均布压力载荷，使样品产生离面变形，在加载过程中以预定采样频率同步采集载荷数据与样品变形数据；

4、基于采集的载荷数据与变形数据，计算样品的力学性能参数，力学性能参数包括弹性模量、断裂强度；

5、在力学性能检测执行期间，通过光学检测方式获取样品的物理性能参数，物理性能参数包括透光率、雾度和表面缺陷参数中的至少一种；

6、将力学性能参数与物理性能参数进行关联分析，生成样品的综合性能评估结果。

7、作为本申请优选的技术方案，气压加载方式包括静态气压加载模式和动态气压加载模式；

8、静态气压加载模式下，控制密闭检测环境内的气体压力以预定速率连续增加至目标压力值；

9、动态气压加载模式下，控制密闭检测环境内的气体压力按照预设波形进行周期性变化，预设波形包括正弦波、方波和三角波中的至少一种。

10、作为本申请优选的技术方案，样品变形数据通过非接触式光学测量方式获取，包括：连续采集样品表面的图像序列；对图像序列中的每一帧图像执行亚像素级边缘定位处理，提取样品的当前边缘轮廓；根据当前边缘轮廓相对于初始边缘轮廓的偏移量，计算样品在加载过程中的离面位移场和面内应变场。

11、作为本申请优选的技术方案，还包括裂纹在线识别：对图像序列中的当前图像执行光照均衡化和噪声滤除预处理；对预处理后的图像执行基于梯度算子的边缘检测，提取样品表面存在的裂纹边缘；根据裂纹边缘的几何特征计算裂纹参数，裂纹参数包括裂纹长度、裂纹宽度、裂纹面积和裂纹扩展速率中的至少一种；当裂纹长度或裂纹宽度超过预设预警阈值时，生成裂纹预警信号。

12、作为本申请优选的技术方案，采用均布压力加载时，基于均布压力值与样品中心点离面位移值之间的函数关系计算弹性模量。

13、作为本申请优选的技术方案，光学检测方式包括透光率检测和表面缺陷检测；

14、透光率检测包括：将入射光垂直照射至样品表面，收集透过样品的透射光，测量透射光在不同波长下的光强值，根据入射光光强值与透射光光强值的比值计算光谱透光率曲线；

15、表面缺陷检测包括：获取样品表面的高分辨率灰度图像，利用基于阈值的分割算法提取灰度图像中的缺陷区域，统计缺陷区域的数量、面积和位置分布。

16、作为本申请优选的技术方案，辐照参数的控制方式为：根据预设的辐照强度设定值，以脉冲宽度调制方式调节辐照源的输出功率，使辐照强度维持在设定值；在辐照过程中，按照预设时间间隔采集样品表面的温度值，当温度值超过预设温度阈值时，降低辐照源的输出功率或暂停辐照。

17、作为本申请优选的技术方案，综合性能评估结果的生成方式包括：将力学性能参数和物理性能参数分别与对应的标准阈值进行比较，获得各单项参数的评级结果；根据预设的加权系数对各单项参数的评级结果进行加权求和，计算综合评分；根据综合评分确定样品的质量等级。

18、一种新型膜材料的性能检测系统，包括：

19、环境控制单元，用于调节密闭检测环境的环境参数；

20、气压加载控制单元，用于通过控制密闭检测环境内的气体压力变化，向安装于密闭检测环境中的膜材料样品施加均布压力载荷；

21、数据同步采集单元，用于在气压加载过程中同步采集载荷数据和样品变形数据；

22、力学性能计算单元，用于根据采集的载荷数据和变形数据计算样品的力学性能参数，力学性能参数包括弹性模量、断裂强度；

23、光学性能检测单元，用于在力学性能检测执行期间或执行间隙，通过光学检测方式获取样品的物理性能参数，物理性能参数包括透光率、雾度和表面缺陷参数中的至少一种；

24、综合评估单元，用于将力学性能参数与物理性能参数进行关联分析，生成样品的综合性能评估结果。

25、作为本申请优选的技术方案，气压加载控制单元包括静态加载控制子单元和动态加载控制子单元；

26、静态加载控制子单元用于以闭环控制方式使密闭检测环境内的气体压力按照预定速率连续增加至目标压力值；

27、动态加载控制子单元用于使密闭检测环境内的气体压力按照预设波形进行周期性变化。

28、与现有技术相比，本发明的有益效果：

29、1.本申请采用气压加载方式向膜材料样品施加均布压力载荷，使样品产生离面变形，相比传统机械拉伸加载方式，更真实地模拟了膜材料在充气膜结构、气承式屋面等实际应用场景下的受力状态，所测得的弹性模量、断裂强度等力学参数对工程实践具有更高的指导价值；

30、2.本发明在力学性能检测执行期间，同步进行光学性能检测，实现了膜材料在载荷作用下的透光率、雾度和表面缺陷等光学参数的原位实时测量，能够建立力学变形与光学性能衰减之间的动态对应关系，克服了传统方法中力学测试与光学测试分离导致的关联数据缺失问题；

31、3.本发明在进行气压加载的同时或加载之前，通过设定温度、湿度和辐照参数，使膜材料样品处于可控的环境条件下进行力学测试，能够在力学加载过程中实时反映膜材料在温湿度及紫外辐照耦合作用下的性能退化规律。

1.一种新型膜材料的性能检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的新型膜材料的性能检测方法，其特征在于，气压加载方式包括静态气压加载模式和动态气压加载模式；

3.根据权利要求1所述的新型膜材料的性能检测方法，其特征在于，样品变形数据通过非接触式光学测量方式获取，包括：连续采集样品表面的图像序列；对图像序列中的每一帧图像执行亚像素级边缘定位处理，提取样品的当前边缘轮廓；根据当前边缘轮廓相对于初始边缘轮廓的偏移量，计算样品在加载过程中的离面位移场和面内应变场。

4.根据权利要求3所述的新型膜材料的性能检测方法，其特征在于，还包括裂纹在线识别：对图像序列中的当前图像执行光照均衡化和噪声滤除预处理；对预处理后的图像执行基于梯度算子的边缘检测，提取样品表面存在的裂纹边缘；根据裂纹边缘的几何特征计算裂纹参数，裂纹参数包括裂纹长度、裂纹宽度、裂纹面积和裂纹扩展速率中的至少一种；当裂纹长度或裂纹宽度超过预设预警阈值时，生成裂纹预警信号。

5.根据权利要求1所述的新型膜材料的性能检测方法，其特征在于，采用均布压力加载时，基于均布压力值与样品中心点离面位移值之间的函数关系计算弹性模量。

6.根据权利要求1所述的新型膜材料的性能检测方法，其特征在于，光学检测方式包括透光率检测和表面缺陷检测；

7.根据权利要求1所述的新型膜材料的性能检测方法，其特征在于，辐照参数的控制方式为：根据预设的辐照强度设定值，以脉冲宽度调制方式调节辐照源的输出功率，使辐照强度维持在设定值；在辐照过程中，按照预设时间间隔采集样品表面的温度值，当温度值超过预设温度阈值时，降低辐照源的输出功率或暂停辐照。

8.根据权利要求1所述的新型膜材料的性能检测方法，其特征在于，综合性能评估结果的生成方式包括：将力学性能参数和物理性能参数分别与对应的标准阈值进行比较，获得各单项参数的评级结果；根据预设的加权系数对各单项参数的评级结果进行加权求和，计算综合评分；根据综合评分确定样品的质量等级。

9.一种新型膜材料的性能检测系统，用于实现如权利要求1-8任意一项所述的新型膜材料的性能检测方法，其特征在于，包括：

10.根据权利要求9所述的新型膜材料的性能检测系统，其特征在于，气压加载控制单元包括静态加载控制子单元和动态加载控制子单元；