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原文传递基于测量的纤维材料等效最大孔径获取系统及其方法

专利名称：	基于测量的纤维材料等效最大孔径获取系统及其方法
摘要：	本发明提供了一种基于测量的纤维材料等效最大孔径获取系统及其方法，包括测量室28、空气处理系统、图像控制系统11，中央处理系统12，通过调节恒温恒湿环境、采集多孔材料吸水图像、测量水重量变化等步骤，并结合材料表面水蒸发速率等因素建立分形模型，最终算出多孔材料的等效最大孔径。本发明利用实时动态图像采集和重量采集结合的系统，快速、连续、自动、同步的观测材料的吸水过程，获取材料孔隙率、渗透率。再借助分形理论，建立了材料宏观吸水特性(吸水高度/重量)与材料微观结构参量之间的联系，进而得到材料的微观结构特征，改善实验准确度，并引入实验得到的表面蒸发率，提高模型的预测精度。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	北京;11
申请人：	北京建筑大学
发明人：	段之殷;刘晶晶;吴德海
专利状态：	有效
申请日期：	2019-03-12T00:00:00+0800
发布日期：	2019-08-27T00:00:00+0800
申请号：	CN201910183144.8
公开号：	CN110174335A
代理机构：	北京国电智臻知识产权代理事务所(普通合伙)
代理人：	吴红飞
分类号：	G01N15/08(2006.01);G;G01;G01N;G01N15
申请人地址：	100044 北京市西城区展览路1号
主权项：	1.基于测量的纤维材料等效最大孔径获取系统，包括测量室、空气处理系统、图像控制系统，中央处理系统，所述空气处理系统与所述测量室通过通风管道连接，所述图像控制系统、所述中央处理系统分别与所述测量室电连接，其特征在于，所述测量室包括隔板、布风孔板、背景板、水平滑轨、测量单元、发光单元、图像采集单元，所述水平滑轨设置在所述测量室底部，在所述水平滑轨上依次平行设置所述图像采集单元、所述发光单元、所述测量单元，其中，所述背景板设置在所述隔板侧壁上，所述布风孔板设置在所述背景板的上部；所述图像采集单元分别与所述图像控制系统和所述中央处理系统电连接，所述测量单元分别于所述图像控制系统和所述中央处理系统电连接。 2.根据权利要求1所述的基于测量的纤维材料等效最大孔径获取系统，其特征在于，所述测量单元包括保护罩、垂直滑轨、测重装置、液体盛放装置、实验材料夹持装置、液体温度测试探头、环境温湿度传感器，其中，所述保护罩设置在测量单元的外围，所述垂直滑轨设置在所述水平滑轨上，所述测重装置设置在所述测量单元底部，所述液体盛放装置设置在所述测重装置上方，所述实验材料夹持装置的固定端设置在所述垂直滑轨上，材料夹持端悬在所述液体盛放装置上方，通过所述垂直滑轨可调节所述材料夹持端将多孔材料伸入或伸出所述液体盛放装置，所述液体温度测试探头设置在所述液体盛放装置内，并与所述中央处理系统电连接，所述环境温湿度传感器设置在保护罩内侧顶部，并与所述中央处理系统电连接。 3.根据权利要求2所述的基于测量的纤维材料等效最大孔径获取系统，其特征在于，所述测量单元还包括温度调节装置。 4.根据权利要求3所述的基于测量的纤维材料等效最大孔径获取系统，其特征在于，所述测量单元还包括温控器，所述温控器与所述温度调节装置连接。 5.根据权利要求3所述的基于测量的纤维材料等效最大孔径获取系统，其特征在于，所述空气处理系统包括送风单元、高效过滤单元、风机单元、加湿单元、加热单元、冷却单元、粗效过滤单元、混风单元，上述各单元依次连接，其中，所述送风单元通过所述通风管道与所述测量室的顶端送风口连接，所述混风单元通过所述通风管道与所述测量室的底端回风口连接。 6.根据权利要求3所述的基于测量的纤维材料等效最大孔径获取系统，其特征在于，所述图像采集单元包括图像采集支架及设置在所述图像采集支架上的图像采集装置，所述图像采集支架设置在所述水平滑轨上，并能够相对于所述背景板前后滑动。 7.基于测量的纤维材料等效最大孔径获取方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一，将被测多孔材料通过实验夹持装置夹持在垂直滑轨上，将液体温度测试探头伸入液体盛放装置的中下部，向液体盛放装置内倒满液体后放在测重装置上；步骤二，调节液体盛放装置内的水温，使所述水温达到设定值，并保持水温恒定；调节空气处理系统，将新风和室内回风处理后送入测量室；步骤三，调节实验夹持装置使多孔材料缓慢下降，当多孔材料底部即将接触水面时，中央处理器启动吸水量自动测量和吸水区域的图像采集功能；随着多孔材料缓慢下降浸入水中，图像采集单元每隔一定时间进行一次多孔材料吸水高度的逐时动态图像采集，并自动储存；同时，测重装置向中央处理器传输信号，重量的实时数据和对应时间将自动储存；中央处理器自动、同步记录水分迁移过程的动态图像和吸水重量变化数据；步骤四，通过中央处理系统对图像采集单元采集的图片进行批量处理，得到不同时刻多孔材料的吸水面积，多孔材料的平均吸水高度为吸水面积与多孔材料宽度比；步骤五，吸水重量与吸水高度的测量与数据采集同步进行，通过测重装置测量液体盛放装置的质量变化，所述液体盛放装置减少的重量即为多孔材料吸水量与表面蒸发量之和，测重装置连接中央处理系统，通过中央处理系统采集数据并自动储存；步骤六，通过测重装置，测量多孔材料吸水饱和状态下的表面蒸发速率；步骤七，通过吸水重量和吸水高度的实验数据获得多孔材料孔隙率和渗透率，利用分形模型，建立多孔材料内最大吸水高度hmax与多孔材料等效最大孔径λmax、孔隙率Φ、渗透率K、浸入液体的密度ρ、黏度系数μ、表面张力σ和固-液接触角θ和表面蒸发率me之间的关系；步骤八，通过实验得到多孔材料的最大吸水高度，将实验获取的参数代入所述关系，进而得到多孔材料的等效最大孔径。 8.根据权利要求7所述的基于测量的纤维材料等效最大孔径获取方法，其特征在于，所述步骤七的分形模型为根据Hagen-Poiseulle方程和分形理论，得到水分运移速率的公式(3)：其中， Df为孔隙体积分形维数，DT为迂曲度分形维数。 9.根据权利要求8所述的基于测量的纤维材料等效最大孔径获取方法，其特征在于，当DT＝1时，所述公式(3)可以化简为公式(4)： 10.根据权利要求9所述的基于测量的纤维材料等效最大孔径获取方法，其特征在于，当dh/dt＝0时，吸水高度将达到最大值，设此最大值为hmax，从所述公式(4)中可以解得公式(5)：
所属类别：	发明专利