本發(fā)明涉及高分子材料導(dǎo)熱性能測(cè)試，尤其涉及一種高分子材料導(dǎo)熱性能測(cè)試系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、隨著高分子材料在電子、建筑和航空等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，對(duì)其導(dǎo)熱性能的準(zhǔn)確測(cè)量變得尤為重要。傳統(tǒng)的測(cè)試方法往往存在測(cè)試時(shí)間長(zhǎng)、精度低和操作復(fù)雜等問(wèn)題，無(wú)法滿足現(xiàn)代工業(yè)對(duì)高效、精確測(cè)試的需求。

2、經(jīng)檢索，中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)枮閏n202410118549.4的專利，公開(kāi)了一種高分子材料導(dǎo)熱性能測(cè)試方法及其系統(tǒng)，屬于高分子材料性能測(cè)試技術(shù)領(lǐng)域，該測(cè)試方法按照導(dǎo)熱填料的預(yù)設(shè)配比制備高分子材料基體，將高分子材料基體安裝到測(cè)試系統(tǒng)上進(jìn)行導(dǎo)熱性能測(cè)試，得到高分子材料基體某一點(diǎn)的熱傳導(dǎo)速率k，再選取若干連續(xù)的測(cè)試溫度節(jié)點(diǎn)，獲取若干組高分子材料基體某一點(diǎn)的熱傳導(dǎo)速率k并導(dǎo)入熱傳導(dǎo)速率分析模型中，繪制熱傳導(dǎo)速率變化幅度曲線分析高分子材料基體的導(dǎo)熱性能，從而精準(zhǔn)確定高分子材料基體在添加相應(yīng)預(yù)設(shè)配比的導(dǎo)熱填料下的導(dǎo)熱性能，再通過(guò)添加不同預(yù)設(shè)配比的導(dǎo)熱填料測(cè)試相應(yīng)高分子材料基體的導(dǎo)熱性能，來(lái)分析高分子材料中導(dǎo)熱填料的具體配比。上述專利中的導(dǎo)熱性能測(cè)試方法存在以下不足：不能很好的確保溫度的精確控制和穩(wěn)定性，以及數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確性，還有待改進(jìn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺點(diǎn)，而提出的一種高分子材料導(dǎo)熱性能測(cè)試系統(tǒng)。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案：

3、一種高分子材料導(dǎo)熱性能測(cè)試系統(tǒng)，包括：

4、熱源控制模塊：負(fù)責(zé)提供穩(wěn)定的熱源，以產(chǎn)生所需的溫度梯度；該模塊包括可調(diào)節(jié)的加熱元件和溫度控制器，能夠根據(jù)預(yù)設(shè)程序精確控制熱源的溫度和輸出功率；

5、樣品夾持與定位模塊：用于固定高分子材料樣品，并確保其在測(cè)試過(guò)程中的正確位置和方向；

6、溫度監(jiān)測(cè)模塊：由多個(gè)高精度溫度傳感器組成，分布在不同位置，用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)樣品表面和內(nèi)部的溫度分布；傳感器的數(shù)據(jù)通過(guò)數(shù)據(jù)采集單元實(shí)時(shí)傳輸至中央處理單元；

7、數(shù)據(jù)采集與處理模塊：負(fù)責(zé)收集溫度監(jiān)測(cè)模塊的數(shù)據(jù)，并通過(guò)內(nèi)置的數(shù)據(jù)處理算法計(jì)算出樣品的導(dǎo)熱系數(shù)；

8、環(huán)境控制模塊：用于模擬不同的測(cè)試環(huán)境條件，根據(jù)實(shí)驗(yàn)需求調(diào)整環(huán)境參數(shù)，以保證測(cè)試結(jié)果的可靠性；

9、用戶界面控制模塊：提供直觀的操作界面，使用戶能夠輕松設(shè)置測(cè)試參數(shù)、啟動(dòng)測(cè)試程序和查看測(cè)試結(jié)果；還具備數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和管理功能，方便用戶進(jìn)行后續(xù)分析和報(bào)告生成。

10、優(yōu)選的：所述熱源控制模塊，包括：

11、加熱單元：根據(jù)測(cè)試需求選擇適合的加熱方式；

12、溫度反饋單元：集成高精度溫度傳感器，實(shí)時(shí)監(jiān)控?zé)嵩礈囟?，確保加熱過(guò)程的穩(wěn)定性；

13、控制邏輯單元：使用pid控制算法，根據(jù)溫度反饋調(diào)整加熱單元的輸出，保證溫度控制的精確性。

14、優(yōu)選的：所述控制邏輯單元通過(guò)pid控制器進(jìn)行精確控溫，其控制公式為：

15、

16、其中，t(t)為時(shí)間t時(shí)的溫度，t0為初始溫度，kp、ki、kd分別為比例、積分、微分系數(shù)，e(t)為溫度誤差。

17、優(yōu)選的：所述樣品夾持與定位模塊，包括：

18、夾持單元：采用可調(diào)節(jié)的機(jī)械夾具或磁性固定裝置，適用于不同形狀和尺寸的樣品；

19、定位單元：利用精密滑動(dòng)導(dǎo)軌和鎖定機(jī)制，實(shí)現(xiàn)樣品在xyz三軸方向上的精細(xì)移動(dòng)和固定；

20、對(duì)準(zhǔn)輔助單元：集成視覺(jué)識(shí)別系統(tǒng)，輔助用戶通過(guò)攝像頭和顯示器精確對(duì)準(zhǔn)樣品。

21、優(yōu)選的：所述溫度監(jiān)測(cè)模塊，包括：

22、傳感器陣列單元：布置多個(gè)溫度傳感器，如熱電偶或rtd，覆蓋樣品的關(guān)鍵測(cè)溫點(diǎn)；

23、信號(hào)放大單元：對(duì)溫度信號(hào)進(jìn)行初步放大，提高信號(hào)采集的靈敏度；

24、數(shù)據(jù)預(yù)處理單元：實(shí)施信號(hào)濾波和校準(zhǔn)，確保溫度數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性；

25、所述數(shù)據(jù)采集與處理模塊，包括：

26、數(shù)據(jù)采集單元：使用高速adc對(duì)溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集；

27、數(shù)據(jù)處理單元：運(yùn)行傅里葉分析或有限元分析算法，計(jì)算導(dǎo)熱系數(shù)和熱流分布。

28、優(yōu)選的：所述環(huán)境控制模塊，包括：

29、溫濕度控制單元：利用溫濕度箱或室，精確控制環(huán)境的溫度和濕度；

30、壓力控制單元：采用真空泵和壓力計(jì)，實(shí)現(xiàn)環(huán)境氣壓的精確調(diào)節(jié)；

31、環(huán)境監(jiān)測(cè)單元：集成環(huán)境傳感器，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和記錄環(huán)境參數(shù)；

32、所述用戶界面控制模塊，包括：

33、交互界面單元：支持觸摸操作和遠(yuǎn)程控制；

34、系統(tǒng)控制單元：實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的自動(dòng)化控制，包括測(cè)試流程管理和故障診斷；

35、數(shù)據(jù)管理單元：提供數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、查詢和備份功能，支持云存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)共享。

36、優(yōu)選的：還包括：

37、預(yù)測(cè)建模模塊；

38、優(yōu)化控制模塊，利用遺傳算法優(yōu)化算法自動(dòng)調(diào)整熱源控制模塊的參數(shù)，以達(dá)到最優(yōu)的測(cè)試條件，具體如下：

39、

40、其中，f為個(gè)體的適應(yīng)度評(píng)分，用于評(píng)價(jià)個(gè)體(即參數(shù)組合)的好壞，n為數(shù)據(jù)點(diǎn)的數(shù)量，ts為實(shí)際測(cè)量的溫度值，ty為預(yù)測(cè)的溫度值；

41、數(shù)據(jù)處理與誤差校正模塊，采用卡爾曼濾波算法對(duì)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行去噪和誤差校正，提高數(shù)據(jù)質(zhì)量，具體如下：

42、

43、其中，為時(shí)刻k+1的狀態(tài)估計(jì)，時(shí)刻k的狀態(tài)估計(jì)；kk為卡爾曼增益，用于調(diào)整對(duì)預(yù)測(cè)值的信任程度；zk+1為時(shí)刻k+1的觀測(cè)值；h為觀測(cè)模型，將狀態(tài)變量轉(zhuǎn)換為預(yù)期的觀測(cè)。

44、優(yōu)選的：所述預(yù)測(cè)建模模塊使用支持向量機(jī)，根據(jù)歷史數(shù)據(jù)建立模型，預(yù)測(cè)材料的熱行為，具體如下：

45、

46、其中，f(x)為預(yù)測(cè)模型輸出的結(jié)果，n為支持向量的數(shù)量，ai為拉格朗日乘子，由svm訓(xùn)練過(guò)程中得到，yi為第i個(gè)支持向量對(duì)應(yīng)的目標(biāo)值；k(x,xi)為核函數(shù)，用于計(jì)算兩個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)之間的相似度，b為偏置項(xiàng)。

47、優(yōu)選的：所述預(yù)測(cè)建模模塊，使用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，根據(jù)歷史數(shù)據(jù)建立模型，預(yù)測(cè)材料的熱行為，具體如下：

48、y＝σ(w·x+b)

49、其中，y為網(wǎng)絡(luò)的輸出，σ為激活函數(shù)，引入非線性；w為權(quán)重矩陣，決定了輸入x各元素對(duì)輸出的貢獻(xiàn)強(qiáng)度；x為輸入向量；b為偏置向量，用于調(diào)節(jié)輸出。

50、優(yōu)選的：所述高分子材料導(dǎo)熱性能測(cè)試系統(tǒng)在實(shí)施時(shí)，具體包括如下步驟：

51、s1：首先將高分子材料樣品置于樣品夾持與定位模塊中，并通過(guò)熱源控制模塊施加所需的溫度梯度；

52、s2：溫度監(jiān)測(cè)模塊實(shí)時(shí)記錄樣品的溫度變化，數(shù)據(jù)采集與處理模塊根據(jù)這些數(shù)據(jù)計(jì)算出導(dǎo)熱系數(shù)；

53、s3：環(huán)境控制模塊在整個(gè)測(cè)試過(guò)程中維持設(shè)定的環(huán)境條件，以確保測(cè)試的準(zhǔn)確性；

54、s4：智能算法模塊通過(guò)預(yù)測(cè)建模、優(yōu)化控制和數(shù)據(jù)處理與誤差校正子模塊，進(jìn)一步提高測(cè)試的效率和精度；

55、s5：最后，用戶通過(guò)用戶界面與控制系統(tǒng)獲取測(cè)試結(jié)果，并進(jìn)行進(jìn)一步的分析。

56、本發(fā)明的有益效果為：

57、1.本發(fā)明通過(guò)集成的pid控制算法和溫度反饋單元，能夠?qū)崿F(xiàn)精確的溫度控制，確保熱源的穩(wěn)定性和可靠性；利用多個(gè)高精度溫度傳感器組成的傳感器陣列，覆蓋樣品的關(guān)鍵測(cè)溫點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)樣品表面和內(nèi)部溫度分布的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

58、2.本發(fā)明使用高速adc進(jìn)行溫度數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集，并通過(guò)數(shù)據(jù)處理單元運(yùn)行高級(jí)算法如傅里葉分析或有限元分析，能夠可靠的計(jì)算導(dǎo)熱系數(shù)和熱流分布。

59、3.本發(fā)明引入預(yù)測(cè)建模模塊和優(yōu)化控制模塊，利用支持向量機(jī)和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型預(yù)測(cè)材料的熱行為，以及遺傳算法優(yōu)化測(cè)試條件，提高測(cè)試效率和精度。