本發(fā)明涉及高通量混合多項(xiàng)瀝青微粒領(lǐng)域，特別是指一種高通量混合多項(xiàng)瀝青微粒以及性能表征的方法和系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、瀝青性能表征是檢測其質(zhì)量、穩(wěn)定性和適用性的關(guān)鍵步驟。在公路建設(shè)和維護(hù)中，瀝青作為重要的鋪路材料，其性能直接影響到路面的使用壽命、行駛舒適性和安全性。隨著科學(xué)技術(shù)不斷進(jìn)步，除了常規(guī)瀝青，某些由納米材料、金屬元素、改性劑等融合制備的改性瀝青，以及回收再利用的廢舊瀝青也在不斷增加。其物理性能測試，如軟化點(diǎn)、針入度、延度，瀝青的動(dòng)態(tài)剪切流變性能(dsr)等都需要通過多種儀器和測試方法來進(jìn)行實(shí)驗(yàn)表征。但隨著人們環(huán)保意識(shí)的提高，瀝青的環(huán)保性能也受到了越來越多的關(guān)注。例如，大量的樣品生產(chǎn)，重復(fù)的表征實(shí)驗(yàn)，使該過程中可能產(chǎn)生了不必要的能源浪費(fèi)和成本增加。因此，迫切需要一種高通量的實(shí)驗(yàn)裝置來評(píng)估材料的各項(xiàng)性能。

2、高通量表征實(shí)驗(yàn)是指通過配合計(jì)算機(jī)控制的自動(dòng)化有效減少操作誤差，快速篩選和表征大量樣品，節(jié)省樣品資源，降低實(shí)驗(yàn)成本。但該方法受仍存在著一些限制，如材料問題，技術(shù)集成，接觸性控制等操作方面的問題，尤其在瀝青材料高通量檢測方面，目前沒有很好的解決方案。隨著高通量控制的要求以及檢測材料的多樣化，現(xiàn)有技術(shù)無法滿足需求，并且缺乏一種基于自動(dòng)化高通量混合多項(xiàng)瀝青微粒以及性能表征的高精度高效率的控制策略。

3、現(xiàn)有技術(shù)存在如下局限性：

4、(1)材料受限：目前高通量實(shí)驗(yàn)無法涵蓋所有材料和環(huán)境條件，如使用液滴微流控分選(dmfs)技術(shù)，很有可能會(huì)因材料粘度過高堵塞芯片。

5、(2)材料混合：在混合多種材料時(shí)，受混合物的性質(zhì)不一致很難確保所有材料都能均勻混合，且混合材料的過程可能需要花費(fèi)大量的時(shí)間，特別是在需要精確控制混合比例和混合程度。

6、(3)成本和資源消耗：盡管高通量實(shí)驗(yàn)在效率上有優(yōu)勢(shì)，但其成本和資源消耗也相對(duì)較高。尤其是在材料制備、設(shè)備維護(hù)和數(shù)據(jù)處理等方面，可能需要大量的投入。

7、(4)技術(shù)集成的復(fù)雜性：目前高通量技術(shù)只在一些簡單的力學(xué)測試中進(jìn)行應(yīng)用，對(duì)于較長時(shí)間的讀長來實(shí)現(xiàn)全面的性能表征以及實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化檢測，是一個(gè)技術(shù)挑戰(zhàn)。如何有效整合瀝青材料的性能表征技術(shù)并優(yōu)化實(shí)驗(yàn)流程，是一個(gè)需要解決的問題。

8、(5)此外，目前利用超聲波懸浮技術(shù)進(jìn)行液滴控制，只能進(jìn)行簡單的移動(dòng)操控，無法達(dá)到性能測試要求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了解決以上問題，本發(fā)明提出了一種實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化高通量混合多項(xiàng)瀝青微粒以及性能表征的方法和系統(tǒng)。包括如下步驟：

2、s1:通過超聲波裝置向反射平臺(tái)發(fā)射超聲波；

3、s2：根據(jù)超聲波裝置的發(fā)射范圍選擇最佳懸浮點(diǎn)位；

4、s3:機(jī)械臂將微型針頭移動(dòng)至反射平臺(tái)的最佳懸浮點(diǎn)位處；

5、s4：微型針頭擠出微粒，利用溫控設(shè)備加熱微粒到預(yù)設(shè)溫度，并通過攝像機(jī)拍攝微粒；

6、s5：通過反射平臺(tái)裝置與超聲波裝置作用于微粒，對(duì)其進(jìn)行表征分析。

7、進(jìn)一步地，步驟s3中，機(jī)械臂的控制方法如下：

8、u(t)＝kp*e(t)+ki*∫e(t)dt+kd*de(t)/dt

9、其中，u(t)是控制輸入，e(t)是當(dāng)前位置和目標(biāo)位置之間的差距，kp、ki和kd是調(diào)整后的pid控制參數(shù)。

10、進(jìn)一步地，步驟s4中，微型針頭擠出微粒的控制方法如下：

11、q＝(πpd^4)/(128ηl)

12、其中，q是流量，p是壓力差，d是管道直徑，η是流體的粘度，l是管道的長度。

13、進(jìn)一步地，步驟s4中，攝像機(jī)拍攝微粒的圖像進(jìn)行預(yù)處理，包括：

14、s41:使用高斯濾波去噪和對(duì)比度增強(qiáng)，以改善圖像質(zhì)量，公式為：

15、

16、其中，g(x,y)是為濾波后的濃度數(shù)據(jù)，x和y分別表示空間坐標(biāo)，σ是標(biāo)準(zhǔn)差，影響濾波的效果；

17、s42:進(jìn)行閾值分割和邊緣檢測，通過腐蝕、膨脹進(jìn)一步優(yōu)化圖像質(zhì)量，將微粒與背景分離進(jìn)行特征提取，通過將結(jié)構(gòu)元素覆蓋整個(gè)圖像，并僅在微粒圖像完全位于前景像素內(nèi)時(shí)，將中心像素設(shè)置為1或保留其值，否則設(shè)置為0或?qū)⑵渲底優(yōu)楸尘爸担?/p>

18、b(x,y)＝min所有(u,v)∈sa(x+u,y+v)

19、b＝open(a,s)＝dilate(erode(a,s),s)，b＝close(a,s)＝erode(dilate(a,s),s)

20、其中，a是原始圖像，b是腐蝕后的圖像，s是結(jié)構(gòu)元素，(x,y)是圖像中的位置坐標(biāo)，在特征提取過程中，記錄每個(gè)特征的中心坐標(biāo)或邊界坐標(biāo)；

21、s43:獲取所述的微粒初始信息，包括形狀、輪廓、體積大小特征，以及圖像中每個(gè)像素塊的位置坐標(biāo)，

22、(xc,yc)＝centroid(b)；(xb,yb)＝boundary(b)

23、其中，(xc,yc)表示對(duì)象的質(zhì)心坐標(biāo)，(xb,yb)表示對(duì)象的邊界坐標(biāo)，

24、面積為：area＝∑(x,y)∈b1；周長為：其中，表示對(duì)象邊界上的像素；濃度為：c＝wavedenoise(c′)，其中wavedenoise表示小波變換去噪算法；形狀描述符為：

25、進(jìn)一步地，步驟s5中，反射平臺(tái)裝置的動(dòng)作包括靜止，傾斜，旋轉(zhuǎn)式微粒相應(yīng)進(jìn)行靜止，平移，旋轉(zhuǎn)動(dòng)作；超聲波裝置使微粒受超聲波擠壓變形或炸裂。

26、進(jìn)一步地，步驟s2中，最佳懸浮點(diǎn)位通過以下公式確定：

27、

28、其中，fadjust是調(diào)整后的超聲波頻率，f0是基礎(chǔ)頻率，δf是頻率調(diào)整范圍，d是微型針頭與超聲波發(fā)射器的當(dāng)前距離，d0是初始距離，dmax是最大調(diào)整距離。

29、進(jìn)一步地，步驟s5中，將控制器模型部署到系統(tǒng)的控制器中，并對(duì)控制器模型進(jìn)行訓(xùn)練與應(yīng)用，與高速攝像機(jī)配合進(jìn)行實(shí)現(xiàn)多種高通量實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)，記錄微粒的表征數(shù)據(jù)。

30、進(jìn)一步地，采用機(jī)器學(xué)習(xí)算法，訓(xùn)練控制器模型進(jìn)行不同模式或不同微粒種類的控制，配合高速攝像機(jī)建立識(shí)別模型，圖像識(shí)別模型訓(xùn)練完成后，將采集的微粒圖片輸入液滴圖像識(shí)別模型在圖像中識(shí)別出微粒的初始位置、輪廓、大小，以監(jiān)測：不同微粒的數(shù)量、位置以及懸浮、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)；不同微?；旌系娜苊浶袨椋徊煌⒘；蚧旌衔⒘５睦扉L度、長寬比、旋轉(zhuǎn)變化、崩裂時(shí)間；監(jiān)控跟隨微粒動(dòng)態(tài)變化，建立模型和數(shù)據(jù)庫對(duì)比，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化高通量混合多項(xiàng)瀝青微粒以及性能表征。

31、本發(fā)明還提供一種用于高通量混合多項(xiàng)瀝青微粒以及性能表征的方法的系統(tǒng)，包括：

32、反射平臺(tái)，用于承載瀝青微粒；

33、機(jī)械臂，執(zhí)行端連接微型針頭；

34、微型針頭，用于釋放或吸附微粒；

35、超聲波裝置，設(shè)置于反射平臺(tái)上方對(duì)，用于對(duì)微粒產(chǎn)生聲輻射力使其懸浮或變形，具有可調(diào)頻率與功率輸出功能；

36、溫控設(shè)備，包括聚光加熱裝置，具有加熱與散熱模塊，集成于反射平臺(tái)周圍；

37、攝像機(jī)，用于拍攝微粒；

38、控制器，內(nèi)置數(shù)據(jù)分析模塊和模型訓(xùn)練應(yīng)用模塊，根據(jù)預(yù)設(shè)的實(shí)驗(yàn)參數(shù)或用戶自定義的指令，協(xié)調(diào)并優(yōu)化各組件之間的交互與運(yùn)作，調(diào)整反射平臺(tái)、機(jī)械臂的動(dòng)作軌跡，以及超聲波裝置的頻率與功率輸出。

39、進(jìn)一步地，所述反射平臺(tái)表面層為超疏水納米結(jié)構(gòu)的表面層，表面層為光滑或凹凸?fàn)铑w粒結(jié)構(gòu)，

40、表面層下端連接用于推動(dòng)表面層進(jìn)行移動(dòng)地六根推桿。

41、由上述對(duì)本發(fā)明的描述可知，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果：

42、(1)實(shí)現(xiàn)瀝青高通量實(shí)驗(yàn)無接觸的多種材料均勻混合，如液液混合，固液混合，多種材料混合和加熱混合；

43、(2)節(jié)約用料，有效整合瀝青材料的性能表征技術(shù)并優(yōu)化實(shí)驗(yàn)流程，減少設(shè)備維護(hù)和數(shù)據(jù)處理等方面的投入；

44、(3)實(shí)現(xiàn)技術(shù)集成，有效進(jìn)行較長時(shí)間的讀長和實(shí)測來實(shí)現(xiàn)高效閉環(huán)的瀝青材料的融合和性能表征；

45、(4)利用分析模塊和機(jī)器學(xué)習(xí)，實(shí)現(xiàn)高通量智能化檢測和數(shù)據(jù)處理。