本公開涉及功能成像，特別涉及一種聚合物復合材料內(nèi)部的固化速率場實時監(jiān)測方法。

背景技術：

1、固化速率場監(jiān)測是優(yōu)化聚合物復合材料工藝的重要手段。

2、傳統(tǒng)的固化速率監(jiān)測方法，如介電法固化監(jiān)測方法、差示掃描量熱法等，只能對聚合物材料內(nèi)部某個點進行固化速率監(jiān)測。因此，這些方法的成像不具有空間分布特性，難以全面反映出聚合物復合材料在各向異性特征下的固化速率場。同時，由于材料結(jié)構、外界加載環(huán)境、測量干擾等先驗信息難以獲取，傳統(tǒng)監(jiān)測方法的成像質(zhì)量無法進行定量評估，使得現(xiàn)有固化速率監(jiān)測結(jié)果的置信度不足。

3、為此，開發(fā)一種能夠?qū)酆衔飶秃喜牧蟽?nèi)部固化速率場進行實時監(jiān)測，并能夠?qū)Τ上褓|(zhì)量進行自主定量評估的實時監(jiān)測方法具有重要意義。

技術實現(xiàn)思路

1、本公開的目的在于提供一種聚合物復合材料內(nèi)部的固化速率場實時監(jiān)測方法，用以至少解決現(xiàn)有技術中的一個技術問題。

2、本公開的技術方案是：

3、一種聚合物復合材料內(nèi)部的固化速率場實時監(jiān)測方法，包括：

4、通過光學相干層析系統(tǒng)(oct)獲得待測材料的橫截面的干涉光譜，并得到所述橫截面的包裹相位差；

5、根據(jù)所述包裹相位差預測相位梯度；

6、根據(jù)所述包裹相位差與所述相位梯度，獲取所述待測材料固化過程的固化速率場；

7、根據(jù)所述固化速率場實時成像，并對成像質(zhì)量進行自主評估，從而實現(xiàn)對固化過程中固化速率場的實時監(jiān)測。

8、所述通過光學相干層析系統(tǒng)(oct)獲得待測材料的橫截面的干涉光譜，并得到所述橫截面的包裹相位差，包括：

9、將所述待測材料置于待測平臺上；

10、通過光學相干層析系統(tǒng)(oct)獲得待測材料的橫截面的干涉光譜，并對傅里葉變換得到的相頻特性圖做差分運算，得到所述橫截面的包裹相位差。

11、所述根據(jù)所述包裹相位差預測相位梯度，包括：

12、設置梯度預測網(wǎng)絡；

13、將所述包裹相位差輸入所述梯度預測網(wǎng)絡中，并輸出預測梯度；

14、將所述預測梯度與真實梯度進行比較，并根據(jù)損失函數(shù)，優(yōu)化所述梯度預測網(wǎng)絡的權重和偏差，得到訓練后的梯度預測網(wǎng)絡；

15、根據(jù)所述梯度預測網(wǎng)絡，完成從所述包裹相位差δφ(y，z，t)到相位梯度φ(y，z，t)的預測。

16、所述設置梯度預測網(wǎng)絡，包括：至少1個卷積塊；

17、任一所述卷積塊，均由殘差連接和密集卷積組成；

18、其中，所述密集卷積中的卷積層均采用歸一化處理以及relu激活函數(shù)，并且每一卷積層后都添加concrete?dropout層進行正則化；

19、所述梯度預測網(wǎng)絡的下采樣階段，輸入的包裹相位差先通過卷積塊提升通道數(shù)量，再不斷減小尺寸，實現(xiàn)深層特征提取；

20、所述梯度預測網(wǎng)絡的上采樣階段，通過反卷積逐步恢復原來的圖像尺寸，并且減少通道數(shù)量至包裹相位差原始的通道數(shù)量。

21、所述將所述預測梯度與真實梯度進行比較，并根據(jù)損失函數(shù)，優(yōu)化所述梯度預測網(wǎng)絡的權重和偏差，得到訓練后的梯度預測網(wǎng)絡，包括：

22、生成高斯隨機表面并將其用作相位差圖；

23、對所述相位差圖進行包裹，并加上散斑噪聲，以模擬實際測量中獲得的包裹相位差；

24、根據(jù)所述包裹相位差獲取真實梯度；

25、通過改變高斯分布的均值和方差以及噪聲水平，獲得大量輸入和標簽數(shù)據(jù)；

26、通過使用自適應矩估計的迭代反向傳播，優(yōu)化所述梯度預測網(wǎng)絡的權重和偏差，得到訓練后的梯度預測網(wǎng)絡。

27、所述損失函數(shù)，包括：

28、所述損失函數(shù)為：

29、其中，k是指圖像的像素總個數(shù)，代表標簽值，y代表預測值，σ代表預測方差。

30、所述根據(jù)所述梯度預測網(wǎng)絡，完成從所述包裹相位差δφ(y，z，t)到相位梯度φ(y，z，t)的預測，包括：

31、保持訓練后的梯度預測網(wǎng)絡中的concrete?dropout處于打開狀態(tài)，并輸入需要預測的包裹相位差；并，進行至少3次的前向傳播，如50次，收集每次前向傳播的結(jié)果后，獲取預測均值，并將其作為所述梯度預測網(wǎng)絡的最終預測。

32、所述梯度預測網(wǎng)絡的最終預測為：

33、

34、其中，t代表的是前向傳播的次數(shù)，y(t)表示t次前向傳播得到的結(jié)果，μ代表多次前向傳播后結(jié)果的均值。

35、所述根據(jù)所述包裹相位差與所述相位梯度，獲取所述待測材料固化過程的固化速率場，包括：

36、根據(jù)獲取固化速率場；

37、其中，λc代表oct系統(tǒng)光源的中心波長，δt表示兩個相鄰光譜之間的間隔時間，φ(y，z，t，δt)代表相位梯度；

38、將包裹相位差δφ(y，z，t，δt)輸入訓練好的梯度預測網(wǎng)絡中得到預測相位梯度φ(y，z，t，δt)。

39、所述根據(jù)所述固化速率場實時成像，并對成像質(zhì)量進行自主評估，包括：

40、通過貝葉斯神經(jīng)網(wǎng)絡的模型不確定度反映固化速率場的成像質(zhì)量：

41、

42、其中，t代表的是前向傳播的次數(shù)；y(t)表示t次前向傳播得到的結(jié)果；μ代表多次前向傳播后結(jié)果的均值。

43、本公開的有益效果至少包括：

44、本公開所述的固化速率場實時監(jiān)測方法，首先通過光學相干層析系統(tǒng)(oct)獲得待測材料的橫截面的干涉光譜，并得到所述橫截面的包裹相位差；再根據(jù)所述包裹相位差獲取所述包裹相位與相位梯度的預測；然后，根據(jù)所述包裹相位差與所述相位梯度，獲取所述待測材料固化過程的固化速率場；最后，根據(jù)所述固化速率場實時成像，并對成像質(zhì)量進行自主評估，從而實現(xiàn)對固化過程中固化速率場的實時監(jiān)測。本公開所述的固化速率場實時監(jiān)測方法，能夠完成聚合物固化速率的全場測量，實現(xiàn)固化速率監(jiān)測從點到場的突破；同時使用貝葉斯卷積神經(jīng)網(wǎng)絡進行不確定性學習，除了輸出預測結(jié)果，還通過輸出模型不確定度對模型的預測結(jié)果的質(zhì)量高低進行自主估計，能夠定量評估成像質(zhì)量，提升固化率監(jiān)測結(jié)果的置信度。

技術特征：

1.一種聚合物復合材料內(nèi)部的固化速率場實時監(jiān)測方法，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權利要求1所述的聚合物復合材料內(nèi)部的固化速率場實時監(jiān)測方法，其特征在于，所述通過光學相干層析系統(tǒng)獲得待測材料的橫截面的干涉光譜，并得到所述橫截面的包裹相位差，包括：

3.根據(jù)權利要求1所述的聚合物復合材料內(nèi)部的固化速率場實時監(jiān)測方法，其特征在于，所述根據(jù)所述包裹相位差預測相位梯度，包括：

4.根據(jù)權利要求3所述的聚合物復合材料內(nèi)部的固化速率場實時監(jiān)測方法，其特征在于，所述設置梯度預測網(wǎng)絡，包括：至少1個卷積塊；

5.根據(jù)權利要求3所述的聚合物復合材料內(nèi)部的固化速率場實時監(jiān)測方法，其特征在于，所述將所述預測梯度與真實梯度進行比較，并根據(jù)損失函數(shù)，優(yōu)化所述梯度預測網(wǎng)絡的權重和偏差，得到訓練后的梯度預測網(wǎng)絡，包括：

6.根據(jù)權利要求3或5所述的聚合物復合材料內(nèi)部的固化速率場實時監(jiān)測方法，其特征在于，所述損失函數(shù)，包括：

7.根據(jù)權利要求3所述的聚合物復合材料內(nèi)部的固化速率場實時監(jiān)測方法，其特征在于，所述根據(jù)所述梯度預測網(wǎng)絡，完成從所述包裹相位差δφ(y,z，t)到相位梯度φ(y，z，t)的預測，包括：

8.根據(jù)權利要求7所述的聚合物復合材料內(nèi)部的固化速率場實時監(jiān)測方法，其特征在于：

9.根據(jù)權利要求1所述的聚合物復合材料內(nèi)部的固化速率場實時監(jiān)測方法，其特征在于，所述根據(jù)所述包裹相位差與所述相位梯度，獲取所述待測材料固化過程的固化速率場，包括：

10.根據(jù)權利要求1所述的聚合物復合材料內(nèi)部的固化速率場實時監(jiān)測方法，其特征在于，所述根據(jù)所述固化速率場實時成像，并對成像質(zhì)量進行自主評估，包括：

技術總結(jié)
本公開提供一種聚合物復合材料內(nèi)部的固化速率場實時監(jiān)測方法，包括：通過光學相干層析系統(tǒng)獲得待測材料的橫截面的干涉光譜，并得到所述橫截面的包裹相位差；根據(jù)所述包裹相位差預測相位梯度；根據(jù)所述包裹相位差與所述相位梯度，獲取所述研究聚合物固化過程的固化速率場；根據(jù)所述固化速率場實時成像，并對成像質(zhì)量進行自主評估，從而實現(xiàn)對固化過程中固化速率場的實時監(jiān)測。本公開所述的固化速率場實時監(jiān)測方法，能夠完成聚合物固化速率的的全場測量，實現(xiàn)固化速率監(jiān)測從點到場的突破。

技術研發(fā)人員：白玉磊,莫銳,倪梓浩,董博,何昭水,謝勝利
受保護的技術使用者：廣東工業(yè)大學
技術研發(fā)日：
技術公布日：2024/12/30