[发明专利]一种用于试样冻融循环实验的监测系统及方法

权利要求书

1.一种用于试样冻融循环实验的监测系统的使用方法，其特征在于，采用的监测系统包括模拟气压装置、冻融实验箱、温度及气压监测装置、温度调节装置、图像采集装置和计算机，

所述冻融实验箱包括箱体和放置台，放置台固定在箱体内部，放置台上放置试样，箱体侧部装有能开闭的密封门，密封门上开设透明观察窗，箱体外表面包裹一层聚酯保温层；所述箱体侧壁设有抽气口、通讯口、第一排气口、第二排气口和进气口，抽气口、第一排气口、第二排气口和进气口处均装有球阀；

所述温度调节装置包括升温控制装置、降温控制装置、电热丝和制冷管，升温控制装置和降温控制装置并排固定在箱体顶部，电热丝固定在箱体内顶板，制冷管固定在箱体内底板，升温控制装置与电热丝电连接，降温控制装置与制冷管电连接；

所述模拟气压装置包括氮气瓶、第一注气管、增压装置、第二注气管、抽气装置和阀门控制器，氮气瓶通过第一注气管与增压装置的进气端连接，增压装置的出气端通过第二注气管与箱体的进气口连接，第一注气管上装有压力表和减压阀，第二注气管上装有第一电控减压阀，第一排气口装有第二电控减压阀，第一电控减压阀和第二电控减压阀均与阀门控制器电连接，阀门控制器与计算机电连接；抽气装置通过管路与抽气口连接；

所述温度及气压监测装置包括温度监测装置、环境温度传感器、温度采集仪和气压传感器，温度监测装置由多个温度传感器组成，多个温度传感器插入试样内部且不均匀分布，多个温度传感器通过数据线穿出通讯口与温度采集仪连接，环境温度传感器和气压传感器均固定在箱体内，环境温度传感器通过数据线与温度采集仪连接，温度采集仪通过数据线与计算机连接，气压传感器通过数据线与计算机连接；

所述图像采集装置包括红外热像仪和试样应变采集系统，红外热像仪处于箱体外部且朝向透明观察窗，试样应变采集系统上装有两个图像采集器，两个图像采集器均朝向透明观察窗；红外热像仪和试样应变采集系统均通过数据线与计算机连接，具体步骤为：

A、先按照所需尺寸制作试样，然后在试样表面的不同位置打设不同深度的钻孔，在每个钻孔内分别装入各个温度传感器并进行密封，采用哑光油漆在试样表面制作散斑；散斑用于图像采集器采集试样的全场应变；

B、将试样放在放置台上，并将各个温度传感器通过数据线与温度采集仪连接，然后将整个监测系统连接完成；

C、关闭箱体上的第一排气口、第二排气口和进气口处的球阀，启动抽气装置，抽气装置通过抽气口对箱体内部抽气，抽气30s后关闭抽气装置，并关闭抽气口处的球阀，然后通过气压传感器实时采集箱体内的实时气压值，并持续一段时间，若该段时间内气压值稳定，则说明箱体的气密性合格，打开抽气口、第一排气口、第二排气口和进气口处的球阀并进入步骤D；若该段时间内气压值出现持续升高，则说明箱体的气密性不合格，对箱体进行维修，并再次重复步骤C；

D、通过计算机设定一个箱体内气压值，通过气压传感器监测当前箱体内的气压值，并反馈给计算机；

若设定的气压值大于当前箱体内的气压值，则关闭抽气口、第一排气口和第二排气口处的球阀，打开氮气瓶，氮气经过减压阀进入增压装置，增压装置对氮气进行增压，并将增压后的氮气通过进气口充入箱体内，气压传感器实时监测箱体内气压值并反馈给计算机，直至实时监测气压值达到设定的气压值时，停止增压装置，并关闭抽气口处的球阀，完成环境气压模拟；若进行不考虑温度变化影响箱体内气压的冻融循环试验，则进入步骤E，若进行考虑温度变化影响箱体内气压的冻融循环试验，则进入步骤F；

若设定的气压值小于当前箱体内的气压值，则关闭进气口、第一排气口和第二排气口处的球阀，启动抽气装置，抽气装置通过抽气口对箱体内部抽气，气压传感器实时监测箱体内气压值并反馈给计算机，直至实时监测气压值降低到设定的气压值时，停止抽气装置，并关闭抽气口处的球阀，完成环境气压模拟；若进行不考虑温度变化影响箱体内气压的冻融循环试验，则进入步骤E，若进行考虑温度变化影响箱体内气压的冻融循环试验，则进入步骤F；

E、通过升温控制装置和降温控制装置分别设定冻融温度、冻融时长和循环次数；完成后按照设定轮流开启升温控制装置和降温控制装置，进而使电热丝和制冷管交替工作，实现对试样的冻融循环过程，直至达到设定循环次数；在冻融循环全过程，通过红外热像仪和温度监测装置实时监测试样表面温度及试样内部温度，并将监测数据反馈给计算机，计算机通过已知数据处理软件得出在该设定气压条件下各个温度传感器在试样内部的温度和试样表面温度的变化情况，同时通过应变采集系统实时采集试样数据，并将监测数据反馈给计算机，计算机通过已知数据处理软件得出在该设定气压条件下试样的全场变形情况；然后再设定多个箱体内气压值并多次重复步骤D和E，从而能得出不同设定气压条件下试样温度全尺度变化情况和试样全场变形情况；

F、打开进气口和第一排气口处的球阀，通过升温控制装置和降温控制装置分别设定冻融温度、冻融时长和循环次数；完成后按照设定轮流开启升温控制装置和降温控制装置，进而使电热丝和制冷管交替工作，实现对试样的冻融循环过程；同时气压传感器实时监测箱体内气压值并反馈给计算机，在降温控制装置进行工作时，由于热胀冷缩原理监测的实时气压值会小于设定气压值，则计算机通过阀门控制器控制第一电控减压阀打开对箱体内充入氮气进行增压，直至使监测的实时气压值等于设定气压值时关闭第一电控减压阀；在升温控制装置进行工作时，监测的实时气压值会大于设定气压值，则计算机通过阀门控制器控制第二电控减压阀打开使箱体内的氮气部分排出进行降压，直至使监测的实时气压值等于设定气压值时关闭第二电控减压阀，维持箱体内的气压恒定；在气压恒定的冻融循环全过程，通过红外热像仪、温度监测装置和试样应变采集系统实时监测试样的数据，并将监测数据反馈给计算机，计算机通过已知数据处理软件得出在该恒定气压条件下试样温度全尺度变化情况和显示试样全场变形情况；然后再设定多个箱体内气压值并多次重复步骤D和F，从而能得出不同恒定气压条件下试样温度全尺度变化情况和显示试样全场变形情况。