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）和兩種實驗方法（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天的實驗周期內(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，因為它們可以減少由傳統(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，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可降解材料的發(fā)展和廣泛應(yīng)用至關(guān)重要。

技術(shù)實現(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、升降機構(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)有多個測試槽，所述升降機構(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的中心，所述測試蓋板組件的上部連接安裝在升降機構(gòu)的活塞桿上，當(dāng)升降機構(gòu)的活塞桿處于下降狀態(tài)時，測試蓋板組件的底部扣合在測試件承載平臺的頂面，將測試件承載平臺多個測試槽密封分割成多個獨立的測試腔，多組環(huán)境模擬元件分別安裝在多個測試腔內(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和測試蓋板組件內(nèi)部設(shè)有多個視覺拍攝腔，降解過程監(jiān)測單元的多個視覺相機分別安裝在多個視覺拍攝腔內(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行分析。

3、通過采用上述技術(shù)方案，為了實現(xiàn)對可降解材料進行多樣化的環(huán)境模擬測試，采用同一臺設(shè)備里，通過升降機構(gòu)驅(qū)動下可開合的測試蓋板組件與測試件承載平臺的多個測試槽密封分割成多個獨立的測試腔，多個獨立的測試腔配套安裝單獨的環(huán)境模擬元件，環(huán)境模擬元件可以實現(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現(xiàn)控制，也可以進行編程實現(xiàn)自動化的模擬參數(shù)設(shè)置，降解過程監(jiān)測單元的多個視覺相機可獨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，可以在長達幾十天的時間內(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指標(biāo)。

4、可選的，測試件承載平臺頂部的每個測試槽內(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)測試件承載平臺每個測試槽的位置設(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的頂面時，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頂部的每個測試槽內(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的頂面時，三組彈簧柱會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)行動作實現(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太陽光模擬燈和光照控制器，兩個太陽光模擬燈分別安裝在測試件承載平臺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太陽光模擬燈的開、關(guān)和運行功率。

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，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，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)冰情況下進行大的光照度模擬，從而盡可能地實現(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、多對補光燈、多對防霧玻璃隔板和基于芯片的拍攝控制器，多對視覺相機和多對補光燈分別安裝在多個視覺拍攝腔內(nèi)，所述多對防霧玻璃隔板分別安裝在多個視覺拍攝腔處，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和多對補光燈的執(zhí)行動作。

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實現(xiàn)，補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，在拍攝時可以將環(huán)境模擬元件的各個元件暫時關(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現(xiàn)各個參數(shù)及拍攝等控制，還可以輸入設(shè)定的程序?qū)崿F(xiàn)自動化的測試控制。

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

14、可選的，環(huán)境模擬分析模塊還包括顯示器，所述顯示器與計算機通信連接，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)備同時對多塊可降解材料測試件進行環(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構(gòu)輸出下降指令，升降機構(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)運行，在測試腔內(nèi)模擬環(huán)境；

19、步驟4，每隔設(shè)定測試時間控制芯片控制環(huán)境模擬元件停止動作，通過拍攝控制器控制多對視覺相機和多對補光燈開啟，多對視覺相機分別拍攝多個測試腔內(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)和拍攝時間數(shù)據(jù)打包發(fā)送給環(huán)境模擬分析模塊的存儲器；

20、步驟5，計算機采用視覺分析算法分析存儲器內(nèi)存儲的視覺畫面，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，對圖像進行標(biāo)準(zhǔn)化裁剪和降噪增強預(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，通過比較不同時間點的圖像，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，同一臺設(shè)備里通過升降機構(gòu)驅(qū)動下可開合的測試蓋板組件與測試件承載平臺的多個測試槽密封分割成多個獨立的測試腔，多個獨立的測試腔配套安裝單獨的環(huán)境模擬元件，環(huán)境模擬元件可以實現(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現(xiàn)控制，也可以進行編程實現(xiàn)自動化的模擬參數(shù)設(shè)置，降解過程監(jiān)測單元的多個視覺相機可獨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，可以在長達幾十天的時間內(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指標(biāo)。