CN109490352B - 多因素低温冻雨结冰环境模拟测试系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了多因素低温冻雨结冰环境模拟测试系统，在设备区环绕工作区的系统箱体中，工作区内设置温湿度感应器和试验平台子单元；设备区内设置控制面板子单元、低温子单元、淋雨子单元、喷雾子单元和吹风子单元，以对试验平台子单元的实验样品进行可控的喷淋、喷雾和吹风；由于采用了低温、淋雨、喷雾和吹风子单元，能够有效模拟低温、高湿、高雾、风吹、振动等自然界多因素综合影响下的低温冻雨结冰环境，实现了对低温环境下湿度在较宽范围的精确可控调节，且结构合理，操作方便，可控性强，智能化程度高，满足了模拟自然环境下各种材料冰晶形核/粘附、结冰、融冰/脱冰等性能指标的综合评估测试要求。

Description

多因素低温冻雨结冰环境模拟测试系统

技术领域

本发明涉及冻雨环境结冰试验系统和方法领域，尤其涉及的是一种多因素影响下的低温冻雨结冰环境模拟试验系统及其方法。

背景技术

自然界的冻雨环境往往十分复杂，通常伴随有吹风、振动、高湿、高雾等因素，在电力传输、通信、航空、铁路运输等领域造成极大危害，直接影响了人民正常生活，造成了国家经济重大损失。因此，如何科学、合理、简便地模拟多因素低温冻雨结冰环境，实现模拟环境下材料结冰/融脱冰等性能的综合评估，是工程防结冰领域亟待解决的技术难题。

现有的冻雨结冰模拟测试设备一般采用的是冰箱、冰柜或制冷片等设计思路和方法，但这种冻雨结冰模拟测试设备存在有很多不足之处：仅仅模拟了单一的冻雨结冰因素，而并未考虑低温、高湿高雾、风吹、振动等多因素环境工况，且上述多因素变化范围不可控；更不能有效、实时、动态监测相关防结冰性能。

因此，现有技术尚有待改进和发展。

发明内容

针对上述现有工程防结冰测试技术中的不足，本发明提供一种多因素低温冻雨结冰环境模拟测试系统，可有效模拟低温、高湿、高雾、风吹、振动等自然界多因素综合影响下的低温冻雨结冰环境，结构合理，智能化程度高。

同时，本发明还提供一种多因素低温冻雨结冰环境模拟测试方法，操作方便，可控性强。

本发明的技术方案如下：一种多因素低温冻雨结冰环境模拟测试系统，包括内部空间分为工作区和设备区的系统箱体，所述设备区环绕工作区设置，所述工作区内设置有温湿度感应器和试验平台子单元；所述温湿度感应器用于在实验和测试过程中实时感应并反馈工作区的温度和湿度，所述试验平台子单元用于样品试验和测试；所述设备区内设置有控制面板子单元、低温子单元、淋雨子单元、喷雾子单元和吹风子单元；其中：

所述控制面板子单元设置在系统箱体后部的侧面，包括显示面板、控制面板及其控制电路板，用于根据温湿度感应器的反馈控制低温子单元、淋雨子单元、喷雾子单元和吹风子单元的运行及其参数调节；

所述低温子单元设置在系统箱体的底部，包括制冷机组和空气循环管路，所述空气循环管路连通在系统箱体与制冷机组之间，用于在控制面板子单元的控制下，降低系统箱体内的温度；

所述淋雨子单元、喷雾子单元和吹风子单元用于在控制面板子单元的控制下，分别对其正下方的试验平台子单元的实验样品进行喷淋、喷雾和吹风。

所述的多因素低温冻雨结冰环境模拟测试系统，其中，所述试验平台子单元包括工作台、底座、旋转模块、振动模块和摆动模块；其中：

所述摆动模块包括摆动步进电机和两摆杆，所述摆动步进电机横向架设在工作台之上，两摆杆经由相应的连接件垂直连接在摆动步进电机的摆动轴之上且间隔设置，两摆杆之间用于夹持实验样品；在所述控制面板子单元的控制下，所述摆动步进电机驱动两摆杆绕X轴来回摆动，并带动两摆杆之间的实验样品一同绕X轴来回摆动；

所述工作台架设在旋转模块之上，所述旋转模块在底座上可绕图示Z轴转动，用于在所述控制面板子单元的控制下，带动其上的工作台、摆动模块和实验样品一同绕Z轴转动；

所述振动模块设置在底座上，其顶端与工作台的底面相接触，通过电磁激振器驱动工作台沿Z轴方向上下振动，在所述控制面板子单元的控制下，带动其上的工作台、摆动模块和实验样品一同沿Z轴方向上下振动。

所述的多因素低温冻雨结冰环境模拟测试系统，其中，所述淋雨子单元包括淋雨头、水量控制器、淋雨管、水泵和水箱；所述水箱和水泵均设置在系统箱体的底部；所述淋雨头设置在系统箱体的顶部，并与水量控制器相连接，所述水量控制器经由淋雨管依次连接水泵和水箱。

所述的多因素低温冻雨结冰环境模拟测试系统，其中，所述喷雾子单元包括喷雾头、喷雾水量控制器、喷雾压力控制器、水管、蠕动泵、气管、空气处理器和空气压缩器；所述喷雾头设置在系统箱体的顶部，并同时与喷雾水量控制器和喷雾压力控制器相连接，所述喷雾水量控制器经由水管依次连接所述蠕动泵和所述水箱，所述喷雾压力控制器经由气管依次连接空气处理器和空气压缩器。

所述的多因素低温冻雨结冰环境模拟测试系统，其中，所述吹风子单元包括吹风嘴、固定卡槽、吹风压力控制器和吹风管；所述吹风嘴通过固定卡槽设置在系统箱体的顶部，并与吹风压力控制器相连接，所述吹风压力控制器用于调节吹风嘴的风速和气流方式，所述固定卡槽用于调节吹风嘴吹风的方向和角度，所述吹风压力控制器经由吹风管与所述空气压缩器相连接。

所述的多因素低温冻雨结冰环境模拟测试系统，其中，所述淋雨头、喷雾头和吹风嘴以及与其直接连接的零部件均设置在加热套中。

所述的多因素低温冻雨结冰环境模拟测试系统，其中，所述设备区内还设置有照明子单元，所述照明子单元设置在系统箱体的顶部，用于在控制面板子单元的控制下，为系统箱体内部提供光线。

所述的多因素低温冻雨结冰环境模拟测试系统，其中，所述系统箱体的底部设置有进气口，且该系统箱体的顶部还设置有散热口，用于保持系统箱体内部的空气流通。

所述的多因素低温冻雨结冰环境模拟测试系统，其中，所述系统箱体的正面设置有可开合的箱门，该箱门上设置有主摄像观察窗；该模拟测试系统还包括设置在系统箱体外部的高速摄像机和高速存储器计算机；所述高速摄像机和高速存储计算机位于系统箱体的外部，且所述高速摄像机的镜头正对该主摄像观察窗，用于实时监测、跟踪和记录系统箱体内的实验样品测试情况；所述高速存储计算机与高速摄像机数据连接，用于存储、显示和分析高速摄像机所拍摄的影像数据。

一种多因素低温冻雨结冰环境模拟测试方法，使用在上述中任一项所述的多因素低温冻雨结冰环境模拟测试系统中，该多因素低温冻雨结冰环境模拟测试方法包括以下步骤：

A、当系统箱体内的湿度下降至25%RH且温度下降至10℃时，进行第一次喷雾，持续时间1min；

B、当系统箱体内的湿度第一次下降至40%RH且温度下降至0℃时，进行第二次喷雾，持续时间5min；

C、当系统箱体内的湿度第二次下降至40%RH且温度下降至-1℃时，进行第三次喷雾，持续时间5min；

D、结束喷雾后的20min内，将系统箱体内的温度维持在-4~0℃之间。

本发明所提供的一种多因素低温冻雨结冰环境模拟测试系统及其方法，由于采用了低温、淋雨、喷雾和吹风子单元，能够有效模拟低温、高湿、高雾、风吹、振动等自然界多因素综合影响下的低温冻雨结冰环境，且结构合理，操作方便，可控性强，智能化程度高，满足了模拟自然环境下材料结冰/融脱冰等性能的综合评估测试要求。

附图说明

在此描述的附图仅用于解释目的，而非意图以任何方式来限制本发明公开的范围；图中的各部件的形状和比例尺寸等仅为示意性的，用于帮助对本发明的理解，并非是具体限定本发明各部件的形状和比例尺寸；本领域的技术人员在本发明的教导下，可以根据具体情况选择各种可能的形状和比例尺寸来实施本发明。

图1是本发明多因素低温冻雨结冰环境模拟测试系统实施例的侧视结构示意图；

图2是本发明多因素低温冻雨结冰环境模拟测试系统所用试验平台子单元的正视结构放大示意图；

图3是本发明多因素低温冻雨结冰环境模拟测试系统所用高速相机实时跟踪低温结冰模拟环境下不同材料表面的水滴结冰过程示意图；

图4是本发明多因素低温冻雨结冰环境模拟测试系统所用试验样品在多因素冻雨结冰环境下不同润湿性表面的挂冰示意图；

图5是本发明多因素低温冻雨结冰环境模拟测试系统进行低温结冰模拟环境试验的温-湿度曲线图；

图中各标号：系统箱体110、进气口111、散热口112、副摄像观察窗113、箱门120、主摄像观察窗121、温湿度感应器130、控制面板子单元140、显示面板141、控制面板142、制冷机组151、淋雨头161、水箱162、加热套163、喷雾头171、吹风嘴181、照明子单元190、试验平台子单元200、工作台210、底座220、旋转模块230、振动模块240、摆动模块250、摆动步进电机251、两摆杆252、高速摄像机310、高速存储器计算机320、实验样品400、裸基材板410、裸基材表面411、超疏水涂层表面412、蒸馏水水滴(413或415)、自来水水滴(414或416)、裸基材管420、裸基材表面段421、超疏水涂层表面段422、疏水涂层表面段423。

具体实施方式

以下将结合附图，对本发明的具体实施方式和实施例加以详细说明，所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并非用于限定本发明的具体实施方式。

如图1所示，图1是本发明多因素低温冻雨结冰环境模拟测试系统实施例的侧视结构示意图，该多因素低温冻雨结冰环境模拟测试系统包括系统箱体110、高速摄像机310和高速存储器计算机320；所述系统箱体110的正面设置有可开合的箱门120，该箱门120上设置有主摄像观察窗121，所述高速摄像机310和高速存储计算机320位于系统箱体110的外部，且所述高速摄像机310的镜头正对该主摄像观察窗121，用于实时监测、跟踪和记录系统箱体110内的实验样品测试情况；所述高速存储计算机320与高速摄像机310数据连接，用于存储、显示和分析高速摄像机310所拍摄的影像数据。

所述系统箱体110的内部空间分为工作区和设备区；所述设备区环绕工作区设置，所述工作区的内壁贴覆有保温材料，且与所述设备区之间采用隔断材料相隔离。

所述工作区内设置有温湿度感应器130和试验平台子单元200；所述温湿度感应器130用于在实验和测试过程中实时感应并反馈系统箱体110工作区内的温度和湿度，所述试验平台子单元200用于样品试验和测试。

所述设备区内设置有控制面板子单元140、低温子单元、淋雨子单元、喷雾子单元、吹风子单元和照明子单元190；其中：

所述控制面板子单元140设置在系统箱体110后部的侧面，包括显示面板141、控制面板142及其控制电路板，用于根据温湿度感应器130的反馈控制低温子单元、淋雨子单元、喷雾子单元、吹风子单元和照明子单元190的运行及其强度参数调节；

所述低温子单元设置在系统箱体110的底部，包括制冷机组151和空气循环管路，所述空气循环管路连通在系统箱体110与制冷机组151之间，用于在控制面板子单元140的控制下，逐渐降低系统箱体110工作区内的温度；

所述淋雨子单元用于在控制面板子单元140的控制下，对其正下方的试验平台子单元200的实验样品进行喷淋；该淋雨子单元包括淋雨头161、水量控制器、淋雨管、水泵和水箱162；所述水箱162和水泵均设置在系统箱体110的底部；所述淋雨头161设置在系统箱体110的顶部，并与水量控制器相连接，所述水量控制器经由淋雨管依次连接水泵和水箱162；当水温较高时，还可通过增加冷凝器对淋雨管中的水进行快速降温，以便于及时形成冻雨。

所述喷雾子单元用于在控制面板子单元140的控制下，对其正下方的试验平台子单元200的实验样品进行喷雾；该喷雾子单元包括喷雾头171、喷雾水量控制器、喷雾压力控制器、水管、蠕动泵、气管、空气处理器和空气压缩器；所述喷雾头171设置在系统箱体110的顶部，并同时与喷雾水量控制器和喷雾压力控制器相连接，所述喷雾水量控制器经由水管依次连接所述蠕动泵和所述水箱162，所述喷雾压力控制器经由气管依次连接空气处理器和空气压缩器；所述水箱162内的水通过蠕动泵进入水管，并通过气管间歇式引入一定气压的气体，使水雾化成为水汽从喷雾头171喷出从而调节系统箱体110内部空气的湿度范围；

所述吹风子单元用于在控制面板子单元140的控制下，对其正下方的试验平台子单元200的实验样品进行吹风；该吹风子单元包括吹风嘴181、固定卡槽、吹风压力控制器和吹风管；所述吹风嘴181通过固定卡槽设置在系统箱体110的顶部，并与吹风压力控制器相连接，所述吹风压力控制器用于调节吹风嘴181的风速和气流方式，所述固定卡槽用于调节吹风嘴181吹风的方向和角度，所述吹风压力控制器经由吹风管与所述空气压缩器相连接；

所述照明子单元190设置在系统箱体110的顶部，用于在控制面板子单元的控制下，为系统箱体110内部提供观察和拍摄所需的光线；较好的是，该照明子单元191采用的是LED照明；

所述系统箱体110的底部设置有进气口111，且该系统箱体110的顶部还设置有散热口112，用于保持系统箱体110内部的空气流通。

在所述高速摄像机310拍摄的过程中，为了便于用户更好地观察系统箱体110内的实验样品测试情况，优选地，在所述系统箱体110的两侧壁上分别都设置有副摄像观察窗113，且两个副摄像观察窗113的大小和高度均与主摄像观察窗121的大小和高度相一致。

在本发明多因素低温冻雨结冰环境模拟测试系统的优选实施方式中，为了避免淋雨头161、喷雾头171和吹风嘴181在低温高湿的环境下凝冻结冰而出现堵塞的现象，较好的是，所述淋雨头161、喷雾头171和吹风嘴181以及与其直接连接的零部件均设置在加热套163中，克服了结冰试验过程中的不利因素。

结合图2所示，图2是本发明多因素低温冻雨结冰环境模拟测试系统所用试验平台子单元的正视结构放大示意图，该试验平台子单元200包括工作台210、底座220、旋转模块230、振动模块240和摆动模块250；所述旋转模块230、振动模块240和摆动模块250在控制面板子单元140的控制下可协同运行，其中：

所述摆动模块250包括摆动步进电机251和两摆杆252，所述摆动步进电机251横向架设在工作台210之上，两摆杆252经由相应的连接件垂直连接在摆动步进电机251的摆动轴之上且间隔设置，两摆杆252之间用于夹持实验样品400；在所述控制面板子单元140的控制下，所述摆动步进电机251驱动两摆杆252绕图示X轴在90°范围内来回摆动，并带动两摆杆252之间的实验样品400一同绕X轴来回摆动，且摆动的频率和角度均可调节；

所述工作台210架设在旋转模块230之上，所述旋转模块230在底座220上可绕图示Z轴实现360°转动，用于在所述控制面板子单元140的控制下，带动其上的工作台210、摆动模块250和实验样品400一同绕Z轴转动，且转动的角度和速度均可调节；

所述振动模块240设置在底座220上，其顶端与工作台210的底面相接触，通过电磁激振器驱动工作台210沿图示Z轴方向上下振动，在所述控制面板子单元140的控制下，带动其上的工作台210、摆动模块250和实验样品400一同沿Z轴方向上下振动，且振动的频率和振幅均可调节。

本发明的多因素低温冻雨结冰环境模拟测试系统，可简便科学合理地动态模拟淋雨、吹风、振动、摆动、低温、高湿、高雾等自然界多因素冻雨结冰环境，并实时监测、动态跟踪低温高湿环境下物体表面冰晶形核/粘附、结冰、融冰/脱冰等表界面行为及性能评价测试，可满足综合测试多因素冻雨低温结冰环境下各种金属/塑料/陶瓷基材试验样品的冰晶形核/粘附、结冰、融冰/脱冰等各项性能指标的需要。

实施例一、本发明的多因素低温冻雨结冰环境模拟测试系统，通过高速摄像机310拍摄水滴的整个结冰过程，并通过高速存储器计算机320分析水滴的结冰时刻，能够准确地实时监测/跟踪水珠的结冰时刻及其结冰的动态过程，实现对水滴结冰行为的在线监测。

具体的，先准备一块裸基材板，并在其上表面的右半区域喷涂超疏水涂层；打开箱门120，将该裸基材板平放在验平台子单元200的工作台210上，并将一滴不含杂质的蒸馏水和一滴含有杂质的自来水分别滴在裸基材表面和超疏水涂层表面；

关上箱门120，通过所述控制面板子单元140调节低温子单元和喷雾子单元，将系统箱体110内的湿度范围维持在35.8%RH~47.1%RH之间，而在控制系统箱体110内的温度由0℃下降低至-4℃的过程中，通过所述控制面板子单元140调节振动模块240的振动频率和振幅，以使水滴出现轻微的晃动，而水滴在结冰后则不会出现轻微的晃动，并采用高速摄像机310隔着主摄像观察窗121全程记录水滴的整个结冰过程。

结合图3所示，图3是本发明多因素低温冻雨结冰环境模拟测试系统所用高速相机实时跟踪低温结冰模拟环境下不同材料表面的水滴结冰过程示意图，被填充剖面线的水滴表示结冰的水滴，(a)代表拍摄的第27764帧图像，时间点为9分15秒，(b)代表拍摄的第28420帧图像，时间点为9分30秒，(c)代表拍摄的第28698帧图像，时间点为9分34秒，(d)代表拍摄的第29798帧图像，时间点为9分56秒；

由图3可知，最早结冰的是裸基材板410左半区域的裸基材表面411上的蒸馏水水滴413，迟一点结冰的是该裸基材表面422上的自来水水滴414，再迟一点结冰的是裸基材板410右半区域的超疏水涂层表面412上的蒸馏水水滴415，最迟结冰的是该超疏水涂层表面412上的自来水水滴415。

实施例一实验的结果表明，不管是裸基材表面411还是超疏水涂层表面412，其上含有杂质的自来水水滴(414或416)都要比不含杂质的蒸馏水水滴(413或415)更晚出现结冰，而超疏水涂层表面412上的蒸馏水水滴415或自来水水滴416都要比裸基材表面411上的蒸馏水水滴413或自来水水滴414更晚出现结冰。

实施例二、本发明的多因素低温冻雨结冰环境模拟测试系统，可有效实现不同低温温度、不同湿度环境下试片、电线导线等试验样品表面结冰/融脱冰宏观现象的发生及测试表征。

具体的，先准备一根圆柱形裸基材管，并将其外侧表面分成三段区域，左边区域为裸基材表面，中间区域喷涂超疏水涂层，右边区域喷涂疏水涂层；打开箱门120，将该局部区域喷涂有超疏水涂层和疏水涂层的裸基材管夹持在摆动模块250的两摆杆252之间；

关上箱门120，通过所述控制面板子单元140调节低温子单元和淋雨子单元，控制系统箱体110内的温度变化顺序：先由0℃下降至-4℃，并在-4℃保持40分钟，再由-4℃上升至0℃，而在整个温度变化的过程中，通过所述控制面板子单元140控制淋雨子单元对圆柱形裸基材管进行连续淋雨。

结合图4所示，图4是本发明多因素低温冻雨结冰环境模拟测试系统所用试验样品在多因素冻雨结冰环境下不同润湿性表面的挂冰示意图，通过主摄像观察窗121和两个副摄像观察窗113进行实时观察，发现圆柱形裸基材管420左边裸基材表面段421冻雨挂冰/结冰最为明显，且形成有环状冰溜，而中间超疏水涂层表面段422的挂冰数量、挂冰长度和挂冰面积，都要明显少于右边疏水涂层表面段423。

实施例二实验的结果表明，不同润湿性表面的挂冰数量、挂冰长度、挂冰面积具有明显差异，如果能在高压线的表面喷涂超疏水涂层，将会大大减小挂冰数量、挂冰长度和挂冰面积，并避免形成危害较大的环状冰溜，这对在冬季容易出现凝冻天气的中国南方部分地区的电力传输安全具有现实意义。

实施例三、基于上述多因素低温冻雨结冰环境模拟测试系统，本发明还提出了一种多因素低温冻雨结冰环境模拟测试方法，使用在上述任意多因素低温冻雨结冰环境模拟测试系统实施例中，该多因素低温冻雨结冰环境模拟测试方法操作方便、可控性强，具体包括以下步骤：

步骤一、当系统箱体110内的湿度下降至25%RH且温度下降至10℃时，进行第一次喷雾，持续时间1min；

步骤二、当系统箱体110内的湿度第一次下降至40%RH且温度下降至0℃时，进行第二次喷雾，持续时间5min；

步骤三、当系统箱体110内的湿度第二次下降至40%RH且温度下降至-1℃时，进行第三次喷雾，持续时间5min；

步骤四、结束喷雾后的20min内，将系统箱体110内的温度维持在-4~0℃之间。

结合图5所示，图5是本发明多因素低温冻雨结冰环境模拟测试系统进行低温结冰模拟环境试验的温-湿度曲线图，该温-湿度曲线图的横坐标轴代表时间(即Time)，单位是分钟(即min)，左侧纵坐标轴代表温度(即Temperature)，单位是摄氏度(即℃)，右侧纵向坐标轴代表湿度(即Humidity)，单位是相对湿度(Relative Humidity)百分数(即%RH)，曲线A代表温度变化曲线，曲线B代表湿度变化曲线；从图5可知：

1）在温度从23℃下降至0℃的降温过程中，系统箱体110内的湿度从85%RH急剧下降至25%RH，曲线B较曲线A的变化更陡；

2）降温5min之后，系统箱体110内的温度下降至10℃左右，进行第一次喷雾，持续时间1min，系统箱体110内的湿度由25%RH上升至50%RH，而停止喷雾后，系统箱体110内的湿度会下降；

3）当湿度第一次下降至40%RH时，进行第二次喷雾，持续时间5min，系统箱体110内的湿度又从由40%RH上升至65%RH，系统箱体110内的温度逐渐下降至0℃附近，而停止喷雾后，系统箱体110内的湿度会再次下降；

4）当湿度第二次下降至40%RH时，进行第三次喷雾，持续时间还是5min，系统箱体110内的湿度又从由40%RH上升至70%RH，系统箱体110内的温度下降至-1℃，而停止喷雾后，系统箱体110内的湿度还是会下降；

5）在结束三次喷雾之后的20min期间，系统箱体110内的温度保持在-4~0℃之间的低温条件下，而系统箱体110内的湿度下降后仍维持35~40%RH之间，曲线A和曲线B的变化都较为平缓。

由上可知，本发明多因素低温冻雨结冰环境模拟测试方法，应用在本发明多因素低温冻雨结冰环境模拟测试系统上，实现了对低温环境下湿度在较宽范围的精确可控调节，尤其是首次实现了0~-4℃低温环境下对湿度在10~90%RH较宽范围的精确调控。

本发明建立了一种多因素低温冻雨结冰环境模拟测试系统及其方法，能有效模拟低温、高湿、高雾、淋雨、吹风、振动、摆动等自然界多因素低温冻雨结冰环境，功能更加多元化，并动态跟踪、实时监测低温高湿环境下物体表面冰晶形核/粘附、结冰、融冰/脱冰等宏观和微观现象，满足了综合测试多因素冻雨低温结冰环境下各种金属/塑料/陶瓷等基材试验样品在冰晶形核/粘附、结冰、融冰/脱冰等时期各项性能指标的需要。

应当理解的是，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不足以限制本发明的技术方案，对本领域普通技术人员来说，在本发明的精神和原则之内，可以根据上述说明加以增减、替换、变换或改进，而所有这些增减、替换、变换或改进后的技术方案，都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种多因素低温冻雨结冰环境模拟测试系统，其特征在于，包括内部空间分为工作区和设备区的系统箱体，所述设备区环绕工作区设置，所述工作区内设置有温湿度感应器和试验平台子单元；所述温湿度感应器用于在实验和测试过程中实时感应并反馈工作区的温度和湿度，所述试验平台子单元用于样品试验和测试；所述设备区内设置有控制面板子单元、低温子单元、淋雨子单元、喷雾子单元和吹风子单元；其中：

所述试验平台子单元包括工作台、底座和振动模块；所述振动模块设置在底座上，其顶端与工作台的底面相接触，通过电磁激振器驱动工作台沿Z轴方向上下振动，在所述控制面板子单元的控制下，带动其上的工作台和实验样品一同沿Z轴方向上下振动；

所述实验样品为不同材料表面的水滴，通过所述控制面板子单元调节振动模块的振动频率和振幅，使水滴在结冰前出现轻微的晃动，并采用高速摄像机全程记录水滴的整个结冰过程，以分析水滴的结冰时刻，实现对水滴结冰行为的在线监测；

所述控制面板子单元设置在系统箱体后部的侧面，包括显示面板、控制面板及其控制电路板，用于根据温湿度感应器的反馈控制低温子单元、淋雨子单元、喷雾子单元和吹风子单元的运行及其参数调节；

所述低温子单元设置在系统箱体的底部，包括制冷机组和空气循环管路，所述空气循环管路连通在系统箱体与制冷机组之间，用于在控制面板子单元的控制下，降低系统箱体内的温度；

所述淋雨子单元、喷雾子单元和吹风子单元用于在控制面板子单元的控制下，分别对其正下方的试验平台子单元的实验样品进行喷淋、喷雾和吹风。

2.根据权利要求1所述的多因素低温冻雨结冰环境模拟测试系统，其特征在于，所述试验平台子单元包括工作台、底座、旋转模块和摆动模块；其中：

所述摆动模块包括摆动步进电机和两摆杆，所述摆动步进电机横向架设在工作台之上，两摆杆经由相应的连接件垂直连接在摆动步进电机的摆动轴之上且间隔设置，两摆杆之间用于夹持实验样品；在所述控制面板子单元的控制下，所述摆动步进电机驱动两摆杆绕X轴来回摆动，并带动两摆杆之间的实验样品一同绕X轴来回摆动；

所述工作台架设在旋转模块之上，所述旋转模块在底座上可绕图示Z轴转动，用于在所述控制面板子单元的控制下，带动其上的工作台、摆动模块和实验样品一同绕Z轴转动。

3.根据权利要求1所述的多因素低温冻雨结冰环境模拟测试系统，其特征在于：所述淋雨子单元包括淋雨头、水量控制器、淋雨管、水泵和水箱；所述水箱和水泵均设置在系统箱体的底部；所述淋雨头设置在系统箱体的顶部，并与水量控制器相连接，所述水量控制器经由淋雨管依次连接水泵和水箱。

4.根据权利要求3所述的多因素低温冻雨结冰环境模拟测试系统，其特征在于：所述喷雾子单元包括喷雾头、喷雾水量控制器、喷雾压力控制器、水管、蠕动泵、气管、空气处理器和空气压缩器；所述喷雾头设置在系统箱体的顶部，并同时与喷雾水量控制器和喷雾压力控制器相连接，所述喷雾水量控制器经由水管依次连接所述蠕动泵和所述水箱，所述喷雾压力控制器经由气管依次连接空气处理器和空气压缩器。

5.根据权利要求4所述的多因素低温冻雨结冰环境模拟测试系统，其特征在于：所述吹风子单元包括吹风嘴、固定卡槽、吹风压力控制器和吹风管；所述吹风嘴通过固定卡槽设置在系统箱体的顶部，并与吹风压力控制器相连接，所述吹风压力控制器用于调节吹风嘴的风速和气流方式，所述固定卡槽用于调节吹风嘴吹风的方向和角度，所述吹风压力控制器经由吹风管与所述空气压缩器相连接。

6.根据权利要求5所述的多因素低温冻雨结冰环境模拟测试系统，其特征在于：所述淋雨头、喷雾头和吹风嘴以及与其直接连接的零部件均设置在加热套中。

7.根据权利要求1所述的多因素低温冻雨结冰环境模拟测试系统，其特征在于：所述设备区内还设置有照明子单元，所述照明子单元设置在系统箱体的顶部，用于在控制面板子单元的控制下，为系统箱体内部提供光线。

8.根据权利要求1所述的多因素低温冻雨结冰环境模拟测试系统，其特征在于：所述系统箱体的底部设置有进气口，且该系统箱体的顶部还设置有散热口，用于保持系统箱体内部的空气流通。

9.根据权利要求1所述的多因素低温冻雨结冰环境模拟测试系统，其特征在于：所述系统箱体的正面设置有可开合的箱门，该箱门上设置有主摄像观察窗；该模拟测试系统还包括设置在系统箱体外部的高速摄像机和高速存储器计算机；所述高速摄像机和高速存储计算机位于系统箱体的外部，且所述高速摄像机的镜头正对该主摄像观察窗，用于实时监测、跟踪和记录系统箱体内的实验样品测试情况；所述高速存储计算机与高速摄像机数据连接，用于存储、显示和分析高速摄像机所拍摄的影像数据。

10.一种多因素低温冻雨结冰环境模拟测试方法，其特征在于，使用在权利要求1至9中任一项所述的多因素低温冻雨结冰环境模拟测试系统中，该多因素低温冻雨结冰环境模拟测试方法包括以下步骤：

A、当系统箱体内的湿度下降至25％RH且温度下降至10℃时，进行第一次喷雾，持续时间1min；

B、当系统箱体内的湿度第一次下降至40％RH且温度下降至0℃时，进行第二次喷雾，持续时间5min；

C、当系统箱体内的湿度第二次下降至40％RH且温度下降至-1℃时，进行第三次喷雾，持续时间5min；

D、结束喷雾后的20min内，将系统箱体内的温度维持在-4～0℃之间。

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