本发明专利技术提供一种离子聚合物金属复合材料水合度的测量系统及方法，涉及高分子化学技术领域。本发明专利技术首先获取待测量的IPMC试样以及作为对照的已知水合度IPMC；其次，对IPMC试样两侧的金属电极施加范围在0.01～100Hz的不同频率的交流电信号，记录电流和电压，并生成修正系数以调整电导率，并对电导率使用快速傅里叶变换，得到不同频率下的相位角和幅值。利用深度学习网络，将已知水合度IPMC的相位角和幅值作为输入，水合度作为标签进行训练，最终形成水合度测量模型。最后，将待测试样的相位角和幅值输入该模型，以获得其水合度。该方法结合了电导率分析与深度学习技术，实现了对IPMC水合度的精确评估。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及高分子化学，具体为一种离子聚合物金属复合材料水合度的测量系统及方法。
技术介绍
1、近年来，离子聚合物金属复合材料(ipmc)因其优异的电响应特性和柔韧性，在智能材料、传感器和执行器等领域得到了广泛应用。然而，水合度对ipmc的性能产生较大影响，水合度的变换直接影响其电导率和机电响应。因此，如何准确快速地测量和控制ipmc的水合度是当前研究中的一大技术难题。现有的水合度测量方法通常依赖于传统的物理和化学手段进行分析，不仅费时费力还有可能影响试样的性能，并且缺乏实时监测分析的能力。
2、现有技术中，公开号cn109358096b公开了一种离子聚合物金属复合材料水合度的测量方法及系统，对包含ipmc的悬臂梁结构输入外部激励信号，得到ipmc末端变形量，根据变形量得到ipmc产生的感应电流，基于外部激励信号和感应电流得到幅频信号和相频信号，并将幅频信号和相频信号代入到传感动态模型中，得到离子扩散系数，根据离子扩散系数确定ipmc的水合度。
3、上述方法存在的主要问题是：依赖于外部激励信号的动态响应以及随之产生的变形量，因此对材料的机械特性和外部环境较为敏感，外部激励信号的选择以及稳定性直接影响的整个方案的准确性；在实际应用中的环境条件如温度、湿度等变化会影响ipmc的性能及其响应行为，引入了更多变量和不确定性，从而导致对水合度的测量可靠性降低。
4、在所述
技术介绍
部分公开的上述信息仅用于加强对本公开的背景的理解，因此它可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。
r/>技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种离子聚合物金属复合材料水合度的测量系统及方法，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
2、为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
3、一种离子聚合物金属复合材料水合度的测量系统，具体步骤包括：
4、试样获取模块，用于获取待测量的ipmc试样，并获取已知水合度ipmc；
5、数据测量模块，用于对ipmc试样两侧的金属电极施加范围在0.01～100hz的不同频率的交流电信号，并确保不同频率的交流电信号作用的时间相同，生成该频率对应的电导率时序信号，并在频率所对应的交流电信号作用时间内，记录多个时间点的电流值和电压值，生成所述频率作用时间内的电流平均值和电压平均值，进而生成电流和电压的标准偏差，基于标准偏差生成修正系数，通过修正系数对电导率进行修正，并采用相同方法对已知水合度ipmc进行处理；
6、数据分析模块，用于对不同频率下交流电信号的电导率时序信号进行快速傅里叶变换，根据快速傅里叶变换的结果生成ipmc试样在各种频率下电导率的相位角和幅值，并采用相同的方法得到已知水合度ipmc在各种频率下电导率的相位角和幅值；
7、模型训练模块，用于生成深度学习网络，以已知水合度ipmc在各种频率下电导率的相位角和幅值作为输入，以已知水合度ipmc的水合度作为标签，对深度学习网络进行训练，得到完成训练的水合度测量模型；
8、输出测量模块，用于将ipmc试样在各种频率下电导率的相位角和幅值输入到水合度测量模型中，生成ipmc的水合度。
9、进一步地，生成ipmc试样在特定频率下的电导率所依据的公式为：
10、
11、其中，σi(t)表示ipmc试样在第i个电信号频率下t时刻时的电导率，t表示电信号频率的作用时间，i表示交流电信号频率的索引，且i＝1、2、……、n，n表示交流电信号频率的选取数量，ii(t)表示第i个电信号频率下t时刻时的电流，vi(t)表示第i个电信号频率下t时刻时电压，l表示ipmc试样两侧电极的间距，a表示电极与ipmc试样之间的接触面积。
12、进一步地，通过修正系数对电导率进行修正所依据的原理为：
13、生成电流和电压的标准偏差所依据的公式为：
14、
15、其中，表示第i个交流电信号频率作用时间内电流的平均值，m表示在作用时间内时间点的索引，m表示时间点索引的最大值，即在一个频率下采集的电流或电压数据总数，im表示在第m个时间点采集的电流值，vm表示在第m个时间点采集的电压值，表示第i个交流电信号频率作用时间内电压的平均值，μi,i表示第i个交流电信号频率作用时间内电流的标准偏差，μv,i表示第i个交流电信号频率作用时间内电压的标准偏差；
16、生成修正系数所依据的公式为：
17、
18、其中，ki,i表示第i个交流电信号频率的电流修正系数，kv,i表示第i个交流电信号频率的电压修正系数，∈为防止分母为0的常数；
19、对电导率进行修正所依据的公式为：
20、
21、其中，表示第i个交流电信号频率作用下t时刻时的电导率修正值。
22、进一步地，进行快速傅里叶变换所依据的原理为：
23、进行快速傅里叶变换所依据的公式为：
24、
25、其中，xi(fi)表示ipmc试样在第i个交流电频率的电导率频域信号，t表示一种交流电信号频率的作用时间，fi表示第i个频率，j表示虚数单位。
26、进一步地，生成每种频率下电导率的相位角和幅值所依据的原理为：
27、
28、其中，表示第i个交流电频率的相位角，fi表示第i个交流电频率大小，im(xi(fi))表示频域信号的虚部部分，re(xi(fi))表示频域信号的实部部分；
29、
30、其中，ai(fi)表示第i个交流电频率的幅值。
31、本专利技术还提供一种离子聚合物金属复合材料水合度的测量方法，所述方法由上述离子聚合物金属复合材料水合度的测量系统执行，具体步骤包括：
32、步骤1：获取待测量的ipmc试样，并获取已知水合度ipmc；
33、步骤2：对ipmc试样两侧的金属电极施加范围在0.01～100hz的不同频率的交流电信号，并确保不同频率的交流电信号作用的时间相同，生成该频率对应的电导率时序信号，并在频率所对应的交流电信号作用时间内，记录多个时间点的电流值和电压值，生成所述频率作用时间内的电流平均值和电压平均值，进而生成电流和电压的标准偏差，基于标准偏差生成修正系数，通过修正系数对电导率进行修正，并采用相同方法对已知水合度ipmc进行处理；
34、步骤3：对不同频率下交流电信号的电导率时序信号进行快速傅里叶变换，根据快速傅里叶变换的结果生成ipmc试样在各种频率下电导率的相位角和幅值，并采用相同的方法得到已知水合度ipmc在各种频率下电导率的相位角和幅值；
35、步骤4：生成深度学习网络，以已知水合度ipmc在各种频率下电导率的相位角和幅值作为输入，以已知水合度ipmc的水合度作为标签，对深度学习网络进行训练，得到完成训练的水合度测量模型；
36、步骤5：将ipmc试样在各种频率下电导率的相位角和幅值输本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种离子聚合物金属复合材料水合度的测量系统，其特征在于，具体步骤包括：
2.根据权利要求1所述的一种离子聚合物金属复合材料水合度的测量系统，其特征在于：所述数据测量模块中生成IPMC试样在特定频率下的电导率所依据的公式为：
3.根据权利要求1所述的一种离子聚合物金属复合材料水合度的测量系统，其特征在于：所述数据测量模块中通过修正系数对电导率进行修正所依据的原理为：
4.根据权利要求3所述的一种离子聚合物金属复合材料水合度的测量系统，其特征在于：进行快速傅里叶变换所依据的原理为：
5.根据权利要求4所述的一种离子聚合物金属复合材料水合度的测量系统，其特征在于：生成每种频率下电导率的相位角和幅值所依据的原理为：
6.一种离子聚合物金属复合材料水合度的测量方法，其特征在于，所述方法由上述权利要求1-5任一项所述的离子聚合物金属复合材料水合度的测量系统执行，具体步骤包括：
【技术特征摘要】
1.一种离子聚合物金属复合材料水合度的测量系统，其特征在于，具体步骤包括：
2.根据权利要求1所述的一种离子聚合物金属复合材料水合度的测量系统，其特征在于：所述数据测量模块中生成ipmc试样在特定频率下的电导率所依据的公式为：
3.根据权利要求1所述的一种离子聚合物金属复合材料水合度的测量系统，其特征在于：所述数据测量模块中通过修正系数对电导率进行修正所依据的原理为：
4.根据权利...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨亮，杜雨润，王红，冷德营，杨明明，杨延宁，
申请(专利权)人：延安大学，
类型：发明
国别省市：
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