CN109870450B - 一种涂层力学行为在线检测方法、设备以及系统 - Google Patents

一种涂层力学行为在线检测方法、设备以及系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种涂层力学行为在线检测方法、系统、计算机设备以及计算机可读存储介质，涉及材料学和力学实验技术领域。该系统包括图像采集装置、环境模拟装置、应力检测装置以及涂层基体试样，所述涂层基体试样固定于所述环境模拟装置中，且浸没于所述环境模拟装置的介质溶液中；所述涂层基体试样为涂覆有机涂层以及防腐涂层的金属基体；所述图像采集装置，用于采集所述涂层基体试样的图像信息；所述应力检测装置，用于根据所述图像信息输出所述涂层基体试样的涂层应力。本发明实现了在不同介质溶液和不同温度环境下，涂层基体试样曲率在线测量和涂层应力实时检测，测量装置简单、数据处理方便，为涂层力学化学耦合行为分析提供了实验手段。

Description

一种涂层力学行为在线检测方法、设备以及系统
技术领域
本发明涉及材料学和力学实验技术领域，特别是关于涂层力学的检测技术，具体的讲是一种涂层力学行为在线检测方法、系统、计算机设备以及计算机可读存储介质。
背景技术
石油天然气输送管道、海洋工程装备通常工作在复杂介质溶液环境下。为保护金属设备免受腐蚀侵害，延长其使用寿命，在设备表面常涂覆有机涂层。有机涂层与其下金属基体构成涂层/基体系统，由于介质环境作用及热失配应变效应，涂层内部将产生较大应力。过大的应力将导致涂层发生屈曲、脱粘、断裂及剥落等失效行为。因此，通过实验手段研究涂层/基体系统在介质溶液环境下的力学行为，是确定涂层失效模式、揭示涂层失效机理及优化涂层结构设计的重要基础。
当前，涂层力学行为检测方法多是基于Stoney公式和系统曲率测量进行的。Stoney公式建立了系统曲率与涂层应力之间的关系，但是传统Stoney公式只考虑了由失配应变引起的涂层应力，不能计算在介质溶液环境下的涂层应力信息。在曲率测量方面，常采用激光扫描、多光束应力敏感方法、相干梯度敏感方法、X射线衍射(XRD)方法和数字图像相关方法等。其中，激光扫描法、多光束应力敏感方法和相干梯度敏感方法都是利用激光进行测量的，不适用于介质溶液环境；XRD方法设备复杂，且该方法逐点测量涂层失配应变，耗时长费用高；数字图像相关方法计算精度依赖于试样散斑质量，在介质溶液环境下难以获得清晰的散斑图像。此外，虽然已有涂层/基体系统介质溶液环境下力学行为研究的相关报道，但通常只获得了实验后涂层的成分变化、形状改变和损伤情况，缺少在线实验数据。
因此，如何提供一种新的低成本、操作简便的介质溶液环境下涂层力学行为在线检测方案，以实现涂层应力的实时测量，为研究涂层失效机理提供实验手段是本领域亟待解决的技术难题。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供了一种涂层力学行为在线检测方法、系统、计算机设备以及计算机可读存储介质，实现对涂层在不同温度及不同介质溶液环境作用下曲率的实时测量，在此基础上，通过涂层/基体系统曲率与涂层应力之间的关系，在线获取涂层中的应力信息。
本发明的目的之一是，提供一种涂层力学行为在线检测方法，包括：
图像采集装置采集涂层基体试样的图像信息，所述涂层基体试样为涂覆有机涂层以及防腐涂层的金属基体，且所述涂层基体试样固定于一环境模拟装置中，浸没于所述环境模拟装置的介质溶液中；
应力检测装置根据所述图像信息输出所述涂层基体试样的涂层应力；
其中，应力检测装置根据所述图像信息输出所述涂层基体试样的涂层应力包括：
应力检测装置根据所述图像信息确定曲率信息；
获取所述环境模拟装置的介质溶液的温度信息；
获取所述环境模拟装置的介质溶液的浓度信息；
通过如下公式根据所述曲率信息、温度信息以及浓度信息确定所述涂层基体试样的涂层应力：
Figure GDA0002744367630000021
其中，ΔT＝Tt-T0；
其中，σc表示t时刻涂层基体试样的涂层内某一截面上的涂层应力；Ec表示涂层的杨氏模量；z表示该截面到涂层基体试样的界面的距离；αc表示涂层的热膨胀系数；Ω表示溶液介质的偏摩尔体积，c表示涂层中介质浓度分布；T0表示介质溶液的初始温度；Tt表示t时刻介质溶液的温度；hs表示金属基体的厚度；κ表示涂层基体试样的曲率。
优选的，所述涂层检测装置的金属基体为长条形状，所述金属基体的长度比宽度和厚度大n倍，所述n为大于19的自然数，在所述金属基体表面涂覆防腐涂层，所述防腐涂层的厚度小于所述金属基体的厚度的a％，所述金属基体的一侧涂覆有机涂层，所述有机涂层的厚度小于所述金属基体的厚度的b％，所述b大于a且所述a不超过2。
优选的，所述环境模拟装置包括底座、与底座相连接的支架、与所述支架相连接的夹具以及加热器、设置在所述加热器上的容器、放置于所述容器内的介质溶液、与所述介质溶液相接触的热电偶，
所述加热器，用于加热所述介质溶液；
所述热电偶，用于测量所述介质溶液的温度信息，并将所述温度信息发送至所述涂层检测装置；
所述涂层基体试样的顶部通过所述夹具固定于所述支架上，所述涂层基体试样的长度沿竖直方向，且所述涂层基体试样的底部为自由端。
优选的，应力检测装置根据所述图像信息确定曲率信息包括：
应力检测装置获取所述涂层基体试样的图像信息；
根据所述图像信息确定所述涂层基体试样的位置信息；
获取所述涂层基体试样固定于所述环境模拟装置后形成的固定端与自由端之间的距离信息；
根据所述位置信息以及所述距离信息确定曲率信息。
优选的，所述介质溶液是以下溶液中的一种：氯化钠盐溶液、盐酸溶液、硫酸溶液、碳酸溶液。
本发明的目的之一是，提供一种涂层力学行为在线检测系统，包括图像采集装置、环境模拟装置、应力检测装置以及涂层基体试样，
其中，所述涂层基体试样固定于所述环境模拟装置中，且浸没于所述环境模拟装置的介质溶液中；
所述涂层基体试样为涂覆有机涂层以及防腐涂层的金属基体；
所述图像采集装置，用于采集所述涂层基体试样的图像信息；
所述应力检测装置，用于根据所述图像信息输出所述涂层基体试样的涂层应力；
其中，所述应力检测装置包括：
曲率确定模块，用于根据所述图像信息确定曲率信息；
温度获取模块，用于获取所述环境模拟装置的介质溶液的温度信息；
浓度获取模块，用于获取所述环境模拟装置的介质溶液的浓度信息；
应力确定模块，用于通过如下公式根据所述曲率信息、温度信息以及浓度信息确定所述涂层基体试样的涂层应力：
Figure GDA0002744367630000031
其中，ΔT＝Tt-T0；
其中，σc表示t时刻涂层基体试样的涂层内某一截面上的涂层应力；Ec表示涂层的杨氏模量；z表示该截面到涂层基体试样的界面的距离；αc表示涂层的热膨胀系数；Ω表示溶液介质的偏摩尔体积，c表示涂层中介质浓度分布；T0表示介质溶液的初始温度；Tt表示t时刻介质溶液的温度；hs表示金属基体的厚度；κ表示涂层基体试样的曲率。
优选的，所述涂层检测装置的金属基体为长条形状，所述金属基体的长度比宽度和厚度大n倍，所述n为大于19的自然数，在所述金属基体表面涂覆防腐涂层，所述防腐涂层的厚度小于所述金属基体的厚度的a％，所述金属基体的一侧涂覆有机涂层，所述有机涂层的厚度小于所述金属基体的厚度的b％，所述b大于a且所述a不超过2。
优选的，所述环境模拟装置包括底座、与底座相连接的支架、与所述支架相连接的夹具以及加热器、设置在所述加热器上的容器、放置于所述容器内的介质溶液、与所述介质溶液相接触的热电偶；
所述加热器，用于加热所述介质溶液；
所述热电偶，用于测量所述介质溶液的温度信息，并将所述温度信息发送至所述涂层检测装置；
所述涂层基体试样的顶部通过所述夹具固定于所述支架上，所述涂层基体试样的长度沿竖直方向，且所述涂层基体试样的底部为自由端。
优选的，所述曲率确定模块包括：
图像获取模块，用于获取所述涂层基体试样的图像信息；
位置确定模块，用于根据所述图像信息确定所述涂层基体试样的位置信息；
距离获取模块，用于获取所述涂层基体试样固定于所述环境模拟装置后形成的固定端与自由端之间的距离信息；
曲率确定模块，用于根据所述位置信息以及所述距离信息确定曲率信息。
优选的，所述介质溶液是以下溶液中的一种：氯化钠盐溶液、盐酸溶液、硫酸溶液、碳酸溶液。
本发明的目的之一是，提供一种计算机设备，包括：适于实现各指令的处理器以及存储设备，所述存储设备存储有多条指令，所述指令适于由处理器加载并执行一种涂层力学行为在线检测方法。
本发明的目的之一是，提供一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序用于执行一种涂层力学行为在线检测方法。
本发明的突出效果在于，提供了一种涂层力学行为在线检测方法、系统、计算机设备以及计算机可读存储介质，实现了在不同介质溶液和不同温度环境下，涂层/基体系统曲率在线测量和涂层应力实时检测，测量装置简单、数据处理方便，为涂层力学化学耦合行为分析提供了实验手段。
为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种涂层力学行为在线检测系统的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种涂层力学行为在线检测系统中环境模拟装置的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的一种涂层力学行为在线检测系统中应力检测装置的结构示意图；
图4为本发明实施例提供的一种涂层力学行为在线检测系统中曲率确定模块的结构示意图；
图5为本发明实施例提供的一种涂层力学行为在线检测方法的流程图；
图6为图5中的步骤S102的具体流程图；
图7为图6中的步骤S201的具体流程图；
图8为本发明提供的具体实施例中涂层力学行为在线检测系统的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本领域技术人员知道，本发明的实施方式可以实现为一种系统、装置、方法或计算机程序产品。因此，本发明公开可以具体实现为以下形式，即：完全的硬件、完全的软件(包括固件、驻留软件、微代码等)，或者硬件和软件结合的形式。
下面参考本发明的若干代表性实施方式，详细阐释本发明的原理和思路。
图1为本发明实施例提供的一种涂层力学行为在线检测系统的结构示意图，请参见图1，所述涂层力学行为在线检测系统包括图像采集装置300、环境模拟装置200、应力检测装置400以及涂层基体试样100。
其中，所述涂层基体试样100为涂覆有机涂层以及防腐涂层的金属基体，具体的，所述涂层检测装置的金属基体为长条形状，所述金属基体的长度比宽度和厚度大n倍，所述n为大于19的自然数，在所述金属基体表面涂覆防腐涂层，所述防腐涂层的厚度小于所述金属基体的厚度的a％，所述金属基体的一侧涂覆有机涂层，所述有机涂层的厚度小于所述金属基体的厚度的b％，所述b大于a且所述a不超过2。
在具体的实施例中，可将金属材料加工成长条形状，其长度比宽度和厚度大20倍，在金属表面涂覆防腐涂层，防腐涂层厚度小于金属试样厚度百分之一。涂覆防腐涂层后，在金属试样一侧涂覆有机涂层，有机涂层厚度小于金属试样厚度二十分之一。有机涂层和金属试样构成涂层基体试样。将金属试样的厚度记为hs，有机涂层的厚度记为hc。
所述涂层基体试样100固定于所述环境模拟装置200中，且浸没于所述环境模拟装置200的介质溶液中。图2为本发明实施例的环境模拟装置的结构示意图，请参阅图2，环境模拟装置200包括底座1、与底座相连接的支架2、与所述支架相连接的夹具3以及加热器6、设置在所述加热器上的容器4、放置于所述容器内的介质溶液5、与所述介质溶液相接触的热电偶7。
所述加热器6，用于加热所述介质溶液5。
在本发明的一个实施方式中，按一定浓度比例配置介质溶液，并将溶液浓度记为c0。将配置好的介质溶液倒入容器(诸如玻璃容器)中，使涂层基体试样完全浸入在溶液中。所述介质溶液是以下溶液中的一种：氯化钠盐溶液、盐酸溶液、硫酸溶液、碳酸溶液。
所述热电偶7，用于测量所述介质溶液的温度信息，并将所述温度信息发送至所述涂层检测装置。
在本发明的一个实施方式中，加热器将溶液加热到指定温度Tt，应使Tt<80℃以确保溶液不发生沸腾。溶液温度达到Tt后，应保持10分钟以上时间，确保溶液温度稳定后再进行后续操作。
所述涂层基体试样的顶部通过所述夹具固定于所述支架上，所述涂层基体试样的长度沿竖直方向，且所述涂层基体试样的底部为自由端。
在本发明的一个具体实施例中，用夹具3将涂覆有机涂层的涂层基体试样上端固定好，使其长度沿竖直方向，下端不固定为自由端。涂层基体试样上部固定端到底部自由端的距离记为L。
请参阅图1，该系统还包括：
所述图像采集装置300，用于采集所述涂层基体试样的图像信息。所述图像采集装置可以是以下设备中的一种，但不限于以下所列设备：CCD相机，CMOS相机，单反相机。利用图像采集装置拍摄有机涂层金属装置时，应使镜头与涂层金属装置保持垂直，调整光圈和焦距，使成像清晰并在视场内居中。在具体的实施例中，加热器将溶液加热到指定温度Tt，Tt不超过80℃。
所述应力检测装置400，用于根据所述图像信息输出所述涂层基体试样的涂层应力。图3为应力检测装置400的结构示意图，请参见图3，所述应力检测装置400包括：
曲率确定模块401，用于根据所述图像信息确定曲率信息。图4为曲率确定模块401的结构示意图，请参阅图4，该模块包括：
图像获取模块4011，用于获取所述涂层基体试样的图像信息；
位置确定模块4012，用于根据所述图像信息确定所述涂层基体试样的位置信息。
在本发明的一种实施方式中，将图像采集装置300对准涂层基体试样，调节光圈与焦距进行拍摄，获得涂层基体试样的清晰的图像信息。根据图像信息可以确定涂层基体试样的固定端和自由端的像素位置坐标，上部固定端像素位置坐标记为(Xr,Yr)，底部自由端像素位置坐标记为(Xb,Yb)。
在具体的实施例中，以一定的时间间隔，利用图像采集装置对涂层基体试样进行拍摄，获得一系列图像信息，通过应力检测装置确定每一张图像中涂层基体试样自由端的像素位置坐标，将t时刻获得的图像信息所得到的自由端像素位置坐标记为(Xt,Yt)。
距离获取模块4013，用于获取所述涂层基体试样固定于所述环境模拟装置后形成的固定端与自由端之间的距离信息；
曲率信息确定模块4014，用于根据所述位置信息以及所述距离信息确定曲率信息。在本发明的一种实施方式中，曲率信息通过κ表示，具体的，
Figure GDA0002744367630000071
请参阅图3，所述应力检测装置400还包括：
温度获取模块402，用于获取所述环境模拟装置的介质溶液的温度信息。具体的，利用热电偶测量溶液的初始温度，记为T0，打开加热器，将溶液加热到指定温度Tt，并保持温度不变。
浓度获取模块403，用于获取所述环境模拟装置的介质溶液的浓度信息，即溶液浓度c0。
应力确定模块404，用于根据所述曲率信息、温度信息以及浓度信息确定所述涂层基体试样的涂层应力。在本发明的一种实施方式中，t时刻涂层基体试样的涂层内某一截面上的涂层应力通过σc表示，具体的，
Figure GDA0002744367630000081
其中，Ec是涂层的杨氏模量，z是该截面到涂层基体试样的界面的距离，αc是涂层的热膨胀系数，ΔT＝Tt-T0，Ω是溶液介质的偏摩尔体积，c是涂层中介质浓度分布。c通过下述扩散方程得到：
Figure GDA0002744367630000082
其中，D是溶液介质的扩散系数。当有机涂层厚度不足1毫米时，上述公式中的求和项取前5项即可满足计算精度。
如上即为本发明提供的一种涂层力学行为在线检测系统，利用图像采集装置，在不同介质溶液及不同温度环境下，记录不同时刻有机涂层金属基体装置的图像信息，通过与初始图像进行对比获得涂层基体试样的曲率，进而计算涂层中的应力，实时获得涂层在介质溶液环境下的力学响应状态。该检测系统简单，便于操作，数据处理方便，可实现涂层在介质溶液环境和温度作用下力学响应的实时检测，为研究涂层的力学化学耦合行为及失效机理提供了测量手段。
此外，尽管在上文详细描述中提及了系统的若干单元模块，但是这种划分并非强制性的。实际上，根据本发明的实施方式，上文描述的两个或更多单元的特征和功能可以在一个单元中具体化。同样，上文描述的一个单元的特征和功能也可以进一步划分为由多个单元来具体化。以上所使用的术语“模块”和“单元”，可以是实现预定功能的软件和/或硬件。尽管以下实施例所描述的模块较方便地以软件来实现，但是硬件，或者软件和硬件的组合的实现也是可行的。
在介绍了本发明示例性实施方式的涂层力学行为在线检测系统之后，接下来，参考附图对本发明示例性实施方式的方法进行介绍。该方法的实施可以参见上述整体的实施，重复之处不再赘述。
图5为本发明实施例提供的一种涂层力学行为在线检测方法的流程示意图，请参见图5，所述涂层力学行为在线检测方法包括：
S101：图像采集装置采集涂层基体试样的图像信息。
在本发明中，所述涂层基体试样100为涂覆有机涂层以及防腐涂层的金属基体，具体的，所述涂层检测装置的金属基体为长条形状，所述金属基体的长度比宽度和厚度大n倍，所述n为大于19的自然数，在所述金属基体表面涂覆防腐涂层，所述防腐涂层的厚度小于所述金属基体的厚度的a％，所述金属基体的一侧涂覆有机涂层，所述有机涂层的厚度小于所述金属基体的厚度的b％，所述b大于a且所述a不超过2。
在具体的实施例中，可将金属材料加工成长条形状，其长度比宽度和厚度大20倍，在金属表面涂覆防腐涂层，防腐涂层厚度小于金属试样厚度百分之一。涂覆防腐涂层后，在金属试样一侧涂覆有机涂层，有机涂层厚度小于金属试样厚度二十分之一。有机涂层和金属试样构成涂层基体试样。将金属试样的厚度记为hs，有机涂层的厚度记为hc。
在本发明中，所述涂层基体试样为涂覆有机涂层以及防腐涂层的金属基体，且所述涂层基体试样固定于一环境模拟装置中，浸没于所述环境模拟装置的介质溶液中。在具体的实施例中，按一定浓度比例配置介质溶液。将配置好的介质溶液倒入容器(诸如玻璃容器)中，使涂层基体试样完全浸入在溶液中。所述介质溶液是以下溶液中的一种：氯化钠盐溶液、盐酸溶液、硫酸溶液、碳酸溶液。环境模拟装置中的加热器将溶液加热到指定温度Tt，应使Tt<80℃以确保溶液不发生沸腾。溶液温度达到Tt后，应保持10分钟以上时间，确保溶液温度稳定后再执行图像采集装置采集涂层基体试样的图像信息的步骤。
在本发明中，所述图像采集装置可以是以下设备中的一种，但不限于以下所列设备：CCD相机，CMOS相机，单反相机。利用图像采集装置拍摄有机涂层金属装置时，应使镜头与涂层金属装置保持垂直，调整光圈和焦距，使成像清晰并在视场内居中。
请参阅图5，该方法还包括：
S102：应力检测装置根据所述图像信息输出所述涂层基体试样的涂层应力。图6为该步骤的流程示意图，请参见图6，该步骤包括：
S201：应力检测装置根据所述图像信息确定曲率信息。图7为该步骤的流程示意图，请参阅图7，该步骤包括：
S301：应力检测装置获取所述涂层基体试样的图像信息；
S302：根据所述图像信息确定所述涂层基体试样的位置信息。
在本发明的一种实施方式中，将图像采集装置对准涂层基体试样，调节光圈与焦距进行拍摄，获得涂层基体试样的清晰的图像信息。根据图像信息可以确定涂层基体试样的固定端和自由端的像素位置坐标，上部固定端像素位置坐标记为(Xr,Yr)，底部自由端像素位置坐标记为(Xb,Yb)。
在具体的实施例中，以一定的时间间隔，利用图像采集装置对涂层基体试样进行拍摄，获得一系列图像信息，通过应力检测装置确定每一张图像中涂层基体试样自由端的像素位置坐标，将t时刻获得的图像信息所得到的自由端像素位置坐标记为(Xt,Yt)。
S303：获取所述涂层基体试样固定于所述环境模拟装置后形成的固定端与自由端之间的距离信息；
S304：根据所述位置信息以及所述距离信息确定曲率信息。在本发明的一种实施方式中，曲率信息通过κ表示，具体的，
Figure GDA0002744367630000101
请参阅图6，步骤S102还包括：
S202：获取所述环境模拟装置的介质溶液的温度信息。具体的，利用热电偶测量溶液的初始温度，记为T0，打开加热器，将溶液加热到指定温度Tt，并保持温度不变。
S203：获取所述环境模拟装置的介质溶液的浓度信息，即溶液浓度c0。
S204：用于根据所述曲率信息、温度信息以及浓度信息确定所述涂层基体试样的涂层应力。在本发明的一种实施方式中，t时刻涂层基体试样的涂层内某一截面上的涂层应力通过σc表示，具体的，
Figure GDA0002744367630000102
其中，Ec是涂层的杨氏模量，z是该截面到涂层基体试样的界面的距离，αc是涂层的热膨胀系数，ΔT＝Tt-T0，Ω是溶液介质的偏摩尔体积，c是涂层中介质浓度分布。c通过下述扩散方程得到：
Figure GDA0002744367630000103
其中，D是溶液介质的扩散系数。当有机涂层厚度不足1毫米时，上述公式中的求和项取前5项即可满足计算精度。
如上所述即为本发明提供的一种涂层力学行为在线检测方法，该方法通过图像采集装置和环境模拟装置实时测量涂层基体试样的曲率变化以获得涂层应力，利用图像采集装置，在不同介质溶液及不同温度环境下，记录不同时刻有机涂层金属基体装置的图像信息，通过与初始图像进行对比获得涂层基体试样的曲率，进而计算涂层中的应力，实时获得涂层在介质溶液环境下的力学响应状态。该检测系统简单，便于操作，数据处理方便，可实现涂层在介质溶液环境和温度作用下力学响应的实时检测，为研究涂层的力学化学耦合行为及失效机理提供了测量手段。
本发明还提供了一种计算机设备，包括：适于实现各指令的处理器以及存储设备，所述存储设备存储有多条指令，所述指令适于由处理器加载并执行一种涂层力学行为在线检测方法。
本发明还提供了一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序用于执行一种涂层力学行为在线检测方法。
下面结合具体的实施例，详细介绍本发明的技术方案。图8为本发明提供的具体实施例中涂层力学行为在线检测系统的结构示意图，请参阅图8，该系统在该实施例中包括底座1、支架2、夹具3、玻璃容器4、介质溶液5、加热器6、热电偶7、图像采集器8、计算机9、金属基体试样10、有机涂层11，其中图像采集器对准有机涂层/金属基体试样，介质溶解放置在玻璃容器内，有机涂层/金属基体浸没在介质溶液中，热电偶放置在介质溶液中，加热器位于玻璃容器下方，热电偶和图像采集装置与计算机相连，由加热器加热介质溶液，由热电偶测量介质溶液温度，由图像采集装置记录有机涂层/金属基体自由端位置，通过计算机计算有机涂层/金属基体曲率，获得有机涂层应力信息。
利用图像采集器拍摄有机涂层/金属基体试样，应使镜头与试样保持垂直，调整光圈和焦距，使试样成像清晰并在视场内居中。将溶液加热到指定温度Tt，应使Tt<80℃以确保溶液不发生沸腾。溶液温度达到Tt后，应保持10分钟以上时间，确保溶液温度稳定后再进行后续步骤操作。利用图像采集器在不同时刻拍摄试样时，要保持相机与试样距离位置、相机光圈与焦距不变，计算机有足够存储空间保存获得的一系列图像。
本发明与现有技术相比，具有以下优点及突出性效果：本发明实现了在不同介质溶液和不同温度环境下，涂层/基体系统曲率在线测量和涂层应力实时检测，测量装置简单、数据处理方便，为涂层力学化学耦合行为分析提供了实验手段。
综上所述，本发明提供了一种涂层力学行为在线检测方法、系统、计算机设备以及计算机可读存储介质，具有如下突出效果：利用图像采集装置，在不同介质溶液及不同温度环境下，记录不同时刻有机涂层/金属基体试样的图像，通过与初始图像进行对比获得涂层/基体系统的曲率，进而计算涂层中的应力，实时获得涂层在介质溶液环境下的力学响应状态。该方法检测装置简单，便于操作，数据处理方便，可实现涂层在介质溶液环境和温度作用下力学响应的实时检测，为研究涂层的力学化学耦合行为及失效机理提供了测量手段。
对于一个技术的改进可以很明显地区分是硬件上的改进(例如，对二极管、晶体管、开关等电路结构的改进)还是软件上的改进(对于方法流程的改进)。然而，随着技术的发展，当今的很多方法流程的改进已经可以视为硬件电路结构的直接改进。设计人员几乎都通过将改进的方法流程编程到硬件电路中来得到相应的硬件电路结构。因此，不能说一个方法流程的改进就不能用硬件实体模块来实现。例如，可编程逻辑器件(ProgrammableLogic Device,PLD)(例如现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array，FPGA))就是这样一种集成电路，其逻辑功能由用户对器件编程来确定。由设计人员自行编程来把一个数字系统“集成”在一片PLD上，而不需要请芯片制造厂商来设计和制作专用的集成电路芯片。而且，如今，取代手工地制作集成电路芯片，这种编程也多半改用“逻辑编译器(logiccompiler)”软件来实现，它与程序开发撰写时所用的软件编译器相类似，而要编译之前的原始代码也得用特定的编程语言来撰写，此称之为硬件描述语言(Hardware DescriptionLanguage，HDL)，而HDL也并非仅有一种，而是有许多种，如ABEL(Advanced BooleanExpression Language)、AHDL(Altera Hardware Description Language)、Confluence、CUPL(Cornell University Programming Language)、HDCal、JHDL(Java HardwareDescription Language)、Lava、Lola、MyHDL、PALASM、RHDL(Ruby Hardware DescriptionLanguage)等，目前最普遍使用的是VHDL(Very-High-Speed Integrated CircuitHardware Description Language)与Verilog2。本领域技术人员也应该清楚，只需要将方法流程用上述几种硬件描述语言稍作逻辑编程并编程到集成电路中，就可以很容易得到实现该逻辑方法流程的硬件电路。
控制器可以按任何适当的方式实现，例如，控制器可以采取例如微处理器或处理器以及存储可由该(微)处理器执行的计算机可读程序代码(例如软件或固件)的计算机可读介质、逻辑门、开关、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、可编程逻辑控制器和嵌入微控制器的形式，控制器的例子包括但不限于以下微控制器：ARC625D、Atmel AT91SAM、Microchip PIC18F26K20以及Silicone Labs C8051F320，存储器控制器还可以被实现为存储器的控制逻辑的一部分。
本领域技术人员也知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现控制器以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得控制器以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器和嵌入微控制器等的形式来实现相同功能。因此这种控制器可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种功能的装置也可以视为硬件部件内的结构。或者甚至，可以将用于实现各种功能的装置视为既可以是实现方法的软件模块又可以是硬件部件内的结构。
上述实施例阐明的系统、装置、模块或单元，具体可以由计算机芯片或实体实现，或者由具有某种功能的产品来实现。
为了描述的方便，描述以上装置时按功能分为各种单元分别进行描述。当然，在实施本申请时可以把各单元的功能在同一个或多个软件和/或硬件中实现。
通过以上的实施方式的描述可知，本领域的技术人员可以清楚地了解到本申请可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机系统(可以是个人计算机、服务器或者网络系统等)执行本申请各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
本申请可用于众多通用或专用的计算机系统环境或配置中。例如：个人计算机、服务器计算机、手持系统或便携式系统、平板型系统、多处理器系统、基于微处理器的系统、置顶盒、可编程的消费电子系统、网络PC、小型计算机、大型计算机、包括以上任何系统的分布式计算环境等等。
本申请可以在由计算机执行的计算机可执行指令的一般上下文中描述，例如程序模块。一般地，程序模块包括执行特定任务或实现特定抽象数据类型的例程、程序、对象、组件、数据结构等等。也可以在分布式计算环境中实践本申请，在这些分布式计算环境中，由通过通信网络而被连接的远程处理系统来执行任务。在分布式计算环境中，程序模块可以位于包括存储系统在内的本地和远程计算机存储介质中。
虽然通过实施例描绘了本申请，本领域普通技术人员知道，本申请有许多变形和变化而不脱离本申请的基本原理，希望所附的权利要求包括这些变形和变化而不脱离本申请的思路。

Claims (12)

1.一种涂层力学行为在线检测系统，其特征在于，所述系统包括图像采集装置、环境模拟装置、应力检测装置以及涂层基体试样，
其中，所述涂层基体试样固定于所述环境模拟装置中，且浸没于所述环境模拟装置的介质溶液中；
所述涂层基体试样为涂覆有机涂层以及防腐涂层的金属基体；
所述图像采集装置，用于采集所述涂层基体试样的图像信息；
所述应力检测装置，用于根据所述图像信息输出所述涂层基体试样的涂层应力；
其中，所述应力检测装置包括：
曲率确定模块，用于根据所述图像信息确定曲率信息；
温度获取模块，用于获取所述环境模拟装置的介质溶液的温度信息；
浓度获取模块，用于获取所述环境模拟装置的介质溶液的浓度信息；
应力确定模块，用于通过如下公式根据所述曲率信息、温度信息以及浓度信息确定所述涂层基体试样的涂层应力：
Figure FDA0002744367620000011
其中，ΔT＝Tt-T0；
其中，σc表示t时刻涂层基体试样的涂层内某一截面上的涂层应力；Ec表示涂层的杨氏模量；z表示该截面到涂层基体试样的界面的距离；αc表示涂层的热膨胀系数；Ω表示溶液介质的偏摩尔体积，c表示涂层中介质浓度分布；T0表示介质溶液的初始温度；Tt表示t时刻介质溶液的温度；hs表示金属基体的厚度；κ表示涂层基体试样的曲率。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述涂层检测装置的金属基体为长条形状，所述金属基体的长度比宽度和厚度大n倍，所述n为大于19的自然数，在所述金属基体表面涂覆防腐涂层，所述防腐涂层的厚度小于所述金属基体的厚度的a％，所述金属基体的一侧涂覆有机涂层，所述有机涂层的厚度小于所述金属基体的厚度的b％，所述b大于a且所述a不超过2。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述环境模拟装置包括底座、与底座相连接的支架、与所述支架相连接的夹具以及加热器、设置在所述加热器上的容器、放置于所述容器内的介质溶液、与所述介质溶液相接触的热电偶，
所述加热器，用于加热所述介质溶液；
所述热电偶，用于测量所述介质溶液的温度信息，并将所述温度信息发送至所述涂层检测装置；
所述涂层基体试样的顶部通过所述夹具固定于所述支架上，所述涂层基体试样的长度沿竖直方向，且所述涂层基体试样的底部为自由端。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述曲率确定模块包括：
图像获取模块，用于获取所述涂层基体试样的图像信息；
位置确定模块，用于根据所述图像信息确定所述涂层基体试样的位置信息；
距离获取模块，用于获取所述涂层基体试样固定于所述环境模拟装置后形成的固定端与自由端之间的距离信息；
曲率信息确定模块，用于根据所述位置信息以及所述距离信息确定曲率信息。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述介质溶液是以下溶液中的一种：氯化钠盐溶液、盐酸溶液、硫酸溶液、碳酸溶液。
6.一种涂层力学行为在线检测方法，其特征在于，所述方法包括：
图像采集装置采集涂层基体试样的图像信息，所述涂层基体试样为涂覆有机涂层以及防腐涂层的金属基体，且所述涂层基体试样固定于一环境模拟装置中，浸没于所述环境模拟装置的介质溶液中；
应力检测装置根据所述图像信息输出所述涂层基体试样的涂层应力；
其中，应力检测装置根据所述图像信息输出所述涂层基体试样的涂层应力包括：
应力检测装置根据所述图像信息确定曲率信息；
获取所述环境模拟装置的介质溶液的温度信息；
获取所述环境模拟装置的介质溶液的浓度信息；
通过如下公式根据所述曲率信息、温度信息以及浓度信息确定所述涂层基体试样的涂层应力：
Figure FDA0002744367620000021
其中，ΔT＝Tt-T0；
其中，σc表示t时刻涂层基体试样的涂层内某一截面上的涂层应力；Ec表示涂层的杨氏模量；z表示该截面到涂层基体试样的界面的距离；αc表示涂层的热膨胀系数；Ω表示溶液介质的偏摩尔体积，c表示涂层中介质浓度分布；T0表示介质溶液的初始温度；Tt表示t时刻介质溶液的温度；hs表示金属基体的厚度；κ表示涂层基体试样的曲率。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述涂层检测装置的金属基体为长条形状，所述金属基体的长度比宽度和厚度大n倍，所述n为大于19的自然数，在所述金属基体表面涂覆防腐涂层，所述防腐涂层的厚度小于所述金属基体的厚度的a％，所述金属基体的一侧涂覆有机涂层，所述有机涂层的厚度小于所述金属基体的厚度的b％，所述b大于a且所述a不超过2。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述环境模拟装置包括底座:、与底座相连接的支架、与所述支架相连接的夹具以及加热器、设置在所述加热器上的容器、放置于所述容器内的介质溶液、与所述介质溶液相接触的热电偶，
所述加热器，用于加热所述介质溶液；
所述热电偶，用于测量所述介质溶液的温度信息，并将所述温度信息发送至所述涂层检测装置；
所述涂层基体试样的顶部通过所述夹具固定于所述支架上，所述涂层基体试样的长度沿竖直方向，且所述涂层基体试样的底部为自由端。
9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，应力检测装置根据所述图像信息确定曲率信息包括：
应力检测装置获取所述涂层基体试样的图像信息；
根据所述图像信息确定所述涂层基体试样的位置信息；
获取所述涂层基体试样固定于所述环境模拟装置后形成的固定端与自由端之间的距离信息；
根据所述位置信息以及所述距离信息确定曲率信息。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述介质溶液是以下溶液中的一种：氯化钠盐溶液、盐酸溶液、硫酸溶液、碳酸溶液。
11.一种计算机设备，其特征在于，包括：适于实现各指令的处理器以及存储设备，所述存储设备存储有多条指令，所述指令适于由处理器加载并执行如权利要求6至10任意一项所述的一种涂层力学行为在线检测方法。
12.一种计算机可读存储介质，其特征在于，存储有计算机程序，所述计算机程序用于执行如权利要求6至10任意一项所述的一种涂层力学行为在线检测方法。
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