本發(fā)明涉及可降解材料降解測試，尤其是涉及基于環(huán)境模擬的可降解材料降解測試設(shè)備及方法。

背景技術(shù)：

1、現(xiàn)有的可降解材料降解測試技術(shù)主要包括幾種不同的方法。根據(jù)華東師范大學(xué)的研究，目前有四種主要的材料降解率檢測方法。這些方法包括兩種標(biāo)準(zhǔn)方法（使用腐熟堆肥和蛭石腐熟堆肥浸提液作為接種物）和兩種實(shí)驗(yàn)方法（使用蛭石芽孢桿菌和蛭石嗜熱菌作為接種物）。這些方法被用來測試不同材料，如原紙、塑料薄膜（主要成分為聚乳酸，pla）和膠帶成品的降解性能。研究發(fā)現(xiàn)，在60天的實(shí)驗(yàn)周期內(nèi)，原紙和pla薄膜在四種方法處理下均顯示出快速的降解，但膠帶成品的降解率在不同方法下有所不同。

2、另一方面，根據(jù)x-mol網(wǎng)站上的一篇綜述，生物可降解聚合物在環(huán)保方面具有重要意義，因?yàn)樗鼈兛梢詼p少由傳統(tǒng)聚合物復(fù)合材料引起的環(huán)境污染。然而，這些材料也存在一些缺點(diǎn)，比如在某些環(huán)境條件下的降解效率可能不高，或者生產(chǎn)成本較高等。這些缺點(diǎn)限制了它們在某些領(lǐng)域的應(yīng)用。盡管如此，生物可降解聚合物的研究和發(fā)展仍在繼續(xù)，目的是提高其性能并降低成本，以更好地滿足市場需求。

3、總的來說，現(xiàn)有的可降解材料降解測試技術(shù)雖然在一定程度上能夠評估材料的生物降解性能，但仍存在一些缺陷，如測試方法的標(biāo)準(zhǔn)化、降解速率的變異性以及特定條件下材料性能的不穩(wěn)定性。這些問題的解決對于推動(dòng)可降解材料的發(fā)展和廣泛應(yīng)用至關(guān)重要。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供基于環(huán)境模擬的可降解材料降解測試設(shè)備及方法。采用如下的技術(shù)方案：

2、基于環(huán)境模擬的可降解材料降解測試設(shè)備，包括環(huán)境模擬器、降解過程監(jiān)測單元、基于芯片的環(huán)境模擬控制模塊和環(huán)境模擬分析模塊，所述環(huán)境模擬器包括測試件承載平臺(tái)、升降機(jī)構(gòu)、測試蓋板組件和多組環(huán)境模擬元件，所述測試件承載平臺(tái)的底部可拆卸安裝在測試設(shè)備箱體內(nèi)，頂部設(shè)有多個(gè)測試槽，所述升降機(jī)構(gòu)的固定座可拆卸安裝在測試設(shè)備箱體內(nèi)壁上，且活塞桿向下正對測試件承載平臺(tái)的中心，所述測試蓋板組件的上部連接安裝在升降機(jī)構(gòu)的活塞桿上，當(dāng)升降機(jī)構(gòu)的活塞桿處于下降狀態(tài)時(shí)，測試蓋板組件的底部扣合在測試件承載平臺(tái)的頂面，將測試件承載平臺(tái)多個(gè)測試槽密封分割成多個(gè)獨(dú)立的測試腔，多組環(huán)境模擬元件分別安裝在多個(gè)測試腔內(nèi)壁上，用于模擬光照和溫濕度環(huán)境，所述測試件承載平臺(tái)和測試蓋板組件內(nèi)部設(shè)有多個(gè)視覺拍攝腔，降解過程監(jiān)測單元的多個(gè)視覺相機(jī)分別安裝在多個(gè)視覺拍攝腔內(nèi)，拍攝可降解材料測試件測試過程的視覺畫面，并傳輸給環(huán)境模擬分析模塊，所述環(huán)境模擬控制模塊分別控制環(huán)境模擬器和降解過程監(jiān)測單元各執(zhí)行器的執(zhí)行動(dòng)作，所述環(huán)境模擬分析模塊分別與降解過程監(jiān)測單元和基于芯片的環(huán)境模擬控制模塊通信連接，基于環(huán)境模擬參數(shù)和視覺畫面對可降解材料測試件降解過程進(jìn)行分析。

3、通過采用上述技術(shù)方案，為了實(shí)現(xiàn)對可降解材料進(jìn)行多樣化的環(huán)境模擬測試，采用同一臺(tái)設(shè)備里，通過升降機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)下可開合的測試蓋板組件與測試件承載平臺(tái)的多個(gè)測試槽密封分割成多個(gè)獨(dú)立的測試腔，多個(gè)獨(dú)立的測試腔配套安裝單獨(dú)的環(huán)境模擬元件，環(huán)境模擬元件可以實(shí)現(xiàn)溫濕度和光照的模擬，模擬的參數(shù)可以通過環(huán)境模擬控制模塊來實(shí)現(xiàn)控制，也可以進(jìn)行編程實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的模擬參數(shù)設(shè)置，降解過程監(jiān)測單元的多個(gè)視覺相機(jī)可獨(dú)立拍攝多塊可降解材料測試件測試過程的視覺畫面，環(huán)境模擬分析模塊可以基于環(huán)境模擬參數(shù)和視覺畫面對可降解材料測試件降解過程進(jìn)行分析，分析采用視覺分析，主要分析材料降解關(guān)聯(lián)特征包括顏色變化、形態(tài)變化和紋理變化等參數(shù)，最終通過視覺分析得到基于環(huán)境模擬的降解測試結(jié)果，工作人員在檢測過程中除非通過視覺畫面得知出現(xiàn)異常，可以在長達(dá)幾十天的時(shí)間內(nèi)不需要打開設(shè)備，能更加高效的完成可降解材料降解測試，測試結(jié)果能更準(zhǔn)確地反映可降解材料的各項(xiàng)指標(biāo)。

4、可選的，測試件承載平臺(tái)頂部的每個(gè)測試槽內(nèi)設(shè)有至少兩根彈簧柱，所述測試蓋板組件的底面對應(yīng)測試件承載平臺(tái)每個(gè)測試槽的位置設(shè)有相同數(shù)量的彈簧柱，當(dāng)測試蓋板組件的底部扣合在測試件承載平臺(tái)的頂面時(shí)，彈簧柱將可降解材料測試件壓緊定位。

5、通過采用上述技術(shù)方案，采用在測試件承載平臺(tái)頂部的每個(gè)測試槽內(nèi)設(shè)有至少兩根彈簧柱，一般采用三根彈簧柱，在測試蓋板組件底面對應(yīng)位置設(shè)置相同數(shù)量的彈簧柱，這樣當(dāng)測試蓋板組件的底部扣合在測試件承載平臺(tái)的頂面時(shí)，三組彈簧柱會(huì)將可降解材料測試件的上下表面的前中后部壓緊，從而能適應(yīng)不同范圍內(nèi)尺寸的硬質(zhì)或軟質(zhì)可降解材料的測試。

6、可選的，環(huán)境模擬元件包括溫度環(huán)境控制模塊、濕度環(huán)境控制模塊和光照環(huán)境控制模塊，所述溫度環(huán)境控制模塊包括半導(dǎo)體控溫器和導(dǎo)熱板，所述半導(dǎo)體控溫器的半導(dǎo)體制冷片安裝在測試蓋板組件底部開設(shè)的電器槽處，所述導(dǎo)熱板的一側(cè)貼裝在半導(dǎo)體制冷片表面，另一側(cè)與測試腔內(nèi)環(huán)境接觸，通過半導(dǎo)體控溫器的溫度參數(shù)控制實(shí)現(xiàn)對測試腔內(nèi)環(huán)境溫度的控制，所述濕度環(huán)境控制模塊包括加濕霧化器、濕氣輸入管道、濕氣輸出管道、微型循環(huán)泵和基于濕度傳感器的濕度控制器，所述加濕霧化器安裝在測試蓋板組件頂部，加濕霧化器的濕氣輸出端通過濕氣輸入管道與測試腔內(nèi)連通，所述濕氣輸出管道埋設(shè)在測試蓋板組件內(nèi)，所述微型循環(huán)泵安裝在測試蓋板組件頂部，微型循環(huán)泵的抽吸口通過濕氣輸出管道抽吸測試腔內(nèi)濕氣，濕度控制器基于設(shè)定濕度值和濕度傳感器測得測試腔內(nèi)的濕度值，分別控制加濕霧化器和微型循環(huán)泵的執(zhí)行動(dòng)作實(shí)現(xiàn)對測試腔內(nèi)濕度的控制，所述光照環(huán)境控制模塊包括兩個(gè)太陽光模擬燈和光照控制器，兩個(gè)太陽光模擬燈分別安裝在測試件承載平臺(tái)的測試槽中部和測試蓋板組件底部對應(yīng)位置，用于照射可降解材料測試件的上下表面，所述光照控制器分別控制兩個(gè)太陽光模擬燈的開、關(guān)和運(yùn)行功率。

7、通過采用上述技術(shù)方案，環(huán)境模擬元件為了實(shí)現(xiàn)溫濕度及光照的環(huán)境模擬，采用溫度環(huán)境控制模塊、濕度環(huán)境控制模塊和光照環(huán)境控制模塊組合的形式，其中在正常室溫環(huán)境和濕度環(huán)境的模擬下，采用常規(guī)的溫度設(shè)置，例如10℃到40℃，濕度20%-90%時(shí)，如果需要模擬霜凍等情形，可以在濕度接近100%，溫度控制在零下時(shí)，在小空間的測試腔內(nèi)環(huán)境可以模擬霜凍，甚至結(jié)冰的情況，還可以模擬在霜凍或結(jié)冰情況下進(jìn)行大的光照度模擬，從而盡可能地實(shí)現(xiàn)對環(huán)境氣候的模擬。

8、可選的，降解過程監(jiān)測單元包括多對視覺相機(jī)、多對補(bǔ)光燈、多對防霧玻璃隔板和基于芯片的拍攝控制器，多對視覺相機(jī)和多對補(bǔ)光燈分別安裝在多個(gè)視覺拍攝腔內(nèi)，所述多對防霧玻璃隔板分別安裝在多個(gè)視覺拍攝腔處，用于隔絕測試腔內(nèi)的濕氣，所述拍攝控制器分別控制多對視覺相機(jī)和多對補(bǔ)光燈的執(zhí)行動(dòng)作。

9、通過采用上述技術(shù)方案，降解過程監(jiān)測單元主要基于視覺相機(jī)實(shí)現(xiàn)，補(bǔ)光燈可以在小空間的測試腔內(nèi)提供相對統(tǒng)一的拍照光，在拍攝時(shí)可以將環(huán)境模擬元件的各個(gè)元件暫時(shí)關(guān)閉，避免對拍照結(jié)果產(chǎn)生影響。

10、可選的，環(huán)境模擬控制模塊包括控制芯片、工業(yè)控制屏和一組控制按鈕，所述工業(yè)控制屏和一組控制按鈕分別安裝在測試設(shè)備箱體外表面，一組控制按鈕分別與工業(yè)控制屏通信連接，所述工業(yè)控制屏與控制芯片通信連接，所述控制芯片分別與升降機(jī)構(gòu)、半導(dǎo)體控溫器、濕度控制器、光照控制器和拍攝控制器通信連接。

11、可選的，采用工業(yè)觸摸控制屏代替工業(yè)控制屏和一組控制按鈕。

12、通過采用上述技術(shù)方案，采用工業(yè)觸摸控制屏的控制可以便捷的實(shí)現(xiàn)各個(gè)參數(shù)及拍攝等控制，還可以輸入設(shè)定的程序?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)化的測試控制。

13、可選的，環(huán)境模擬分析模塊包括存儲(chǔ)器和計(jì)算機(jī)，所述存儲(chǔ)器分別與多對視覺相機(jī)的數(shù)據(jù)輸出端通信連接，所述計(jì)算機(jī)與存儲(chǔ)器通信連接，采用視覺分析算法分析存儲(chǔ)器內(nèi)存儲(chǔ)的視覺畫面。

14、可選的，環(huán)境模擬分析模塊還包括顯示器，所述顯示器與計(jì)算機(jī)通信連接，用于顯示視覺畫面和視覺分析結(jié)果。

15、基于環(huán)境模擬的可降解材料降解測試方法，采用基于環(huán)境模擬的可降解材料降解測試設(shè)備同時(shí)對多塊可降解材料測試件進(jìn)行環(huán)境模擬測試，包括以下步驟：

16、步驟1，基于測試腔尺寸準(zhǔn)備多塊相同尺寸的可降解材料測試件，分別將可降解材料測試件放置在測試件承載平臺(tái)頂部的測試槽內(nèi)彈簧柱的上表面；

17、步驟2，操作工業(yè)觸摸控制屏，通過控制芯片向升降機(jī)構(gòu)輸出下降指令，升降機(jī)構(gòu)的活塞桿向下伸出，直到測試蓋板組件的底部扣合在測試件承載平臺(tái)的頂面后停止；

18、步驟3，通過操作工業(yè)觸摸控制屏設(shè)置環(huán)境模擬參數(shù)，控制芯片分別向半導(dǎo)體控溫器、濕度控制器和光照控制器交互控制參數(shù)，分別控制環(huán)境模擬元件各執(zhí)行器按照設(shè)定參數(shù)運(yùn)行，在測試腔內(nèi)模擬環(huán)境；

19、步驟4，每隔設(shè)定測試時(shí)間控制芯片控制環(huán)境模擬元件停止動(dòng)作，通過拍攝控制器控制多對視覺相機(jī)和多對補(bǔ)光燈開啟，多對視覺相機(jī)分別拍攝多個(gè)測試腔內(nèi)的多塊可降解材料測試件的上下表面視覺畫面，并將視覺畫面按照編號數(shù)據(jù)和拍攝時(shí)間數(shù)據(jù)打包發(fā)送給環(huán)境模擬分析模塊的存儲(chǔ)器；

20、步驟5，計(jì)算機(jī)采用視覺分析算法分析存儲(chǔ)器內(nèi)存儲(chǔ)的視覺畫面，并輸出視覺分析結(jié)果；

21、步驟6，顯示器顯示對應(yīng)編號數(shù)據(jù)的可降解材料測試件視覺畫面和視覺分析結(jié)果。

22、可選的，步驟5中，視覺分析算法包括以下步驟：

23、步驟a，對圖像進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化裁剪和降噪增強(qiáng)預(yù)處理；

24、步驟b，提取圖像中與材料降解關(guān)聯(lián)特征，材料降解關(guān)聯(lián)特征包括顏色變化、形態(tài)變化和紋理變化；

25、步驟c，使用機(jī)器學(xué)習(xí)算法判斷材料的狀態(tài)；

26、步驟d，通過比較不同時(shí)間點(diǎn)的圖像，分析材料的變化情況；

27、步驟e，將視覺變化量化輸出分析結(jié)果。

28、綜上所述，本發(fā)明包括以下至少一種有益技術(shù)效果：

29、本發(fā)明能提供基于環(huán)境模擬的可降解材料降解測試設(shè)備及方法，同一臺(tái)設(shè)備里通過升降機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)下可開合的測試蓋板組件與測試件承載平臺(tái)的多個(gè)測試槽密封分割成多個(gè)獨(dú)立的測試腔，多個(gè)獨(dú)立的測試腔配套安裝單獨(dú)的環(huán)境模擬元件，環(huán)境模擬元件可以實(shí)現(xiàn)溫濕度和光照的模擬，模擬的參數(shù)可以通過環(huán)境模擬控制模塊來實(shí)現(xiàn)控制，也可以進(jìn)行編程實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的模擬參數(shù)設(shè)置，降解過程監(jiān)測單元的多個(gè)視覺相機(jī)可獨(dú)立拍攝多塊可降解材料測試件測試過程的視覺畫面，環(huán)境模擬分析模塊可以基于環(huán)境模擬參數(shù)和視覺畫面對可降解材料測試件降解過程進(jìn)行分析，分析采用視覺分析，主要分析材料降解關(guān)聯(lián)特征包括顏色變化、形態(tài)變化和紋理變化等參數(shù)，最終通過視覺分析得到基于環(huán)境模擬的降解測試結(jié)果，工作人員在檢測過程中除非通過視覺畫面得知出現(xiàn)異常，可以在長達(dá)幾十天的時(shí)間內(nèi)不需要打開設(shè)備，能更加高效的完成可降解材料降解測試，測試結(jié)果能更準(zhǔn)確地反映可降解材料的各項(xiàng)指標(biāo)。