本发明涉及自动控制领域，尤其是一种精密海水腐蚀疲劳实验台自动控制系统及方法。
背景技术：
海水中与铁腐蚀相关的因素主要包括氯离子(Cl-)浓度、溶解氧浓度、PH值(Potential of Hydrogen，氢离子浓度指数)、温度以及水流速度。其中，铁在海水中的腐蚀以电化学反应为主，其表现形式为铁元素(Fe)与氯离子发生化学反应，使其不断溶解；当海水里含氧容量越高时，铁元素与氧气发生氧化反应就越剧烈；PH值浓度越低，对铁的腐蚀性越大；当温度上升时，铁的电化学反应和氧化反应也会加剧；而水流的速度对铁的腐蚀影响也很大，当水流速度超过临界速度时，铁的腐蚀速度明显加快。
目前对于实验台中的以上各项参数配比，只是在实验开始时做了调整，但海水中铁质试件的疲劳测试一般测试周期较长，为了达到预定的疲劳次数，往往需要耗费一个月或者更久的时间，随着时间的推移，实验台水箱中的Cl-浓度会随着电化学反应不断降低，溶解氧浓度、PH值、温度以及水流速度也会逐渐发生变化。目前的做法是每隔一段时间对其进行人工监控，然后根据当前参数的值进行调整。这种方式主要存在以下弊端：(1)完成这项工作主要靠人工来进行，每隔一段时间对参数进行修正，不能较好的模拟海水的环境，而实际海水中的这几个参数在长时间内是相对保持稳定的；(2)人工采集参数的采样频率不会太大，按照正常的科学研究一般是6个小时监控一次，不能获得有效实时的参数变化情况；(3)目前的实验台只是获取疲劳实验结果，而没有对过程进行监控，无法获知在疲劳实验过程中试件的变化情况。
技术实现要素：
本发明人针对上述问题及技术需求，提出了一种精密海水腐蚀疲劳实验台自动控制系统及方法，可以对海水腐蚀疲劳实验中的海水参数进行自动控制，更准确的模拟海水环境。
本发明的技术方案如下：
一种精密海水腐蚀疲劳实验台自动控制系统，实验台中包括模拟海水，实验试件设置在模拟海水中进行海水腐蚀疲劳实验，该系统包括：主控模块、参数获取模块和参数调整模块；
主控模块包括微控制单元MCU、信号转换单元和存储单元，信号转换单元分别连接MCU和存储单元，信号转换单元连接参数获取模块，MCU连接参数调整模块；参数获取模块设置在模拟海水中，用于采集模拟海水的海水参数并发送给主控模块，海水参数是模拟海水中影响实验试件的海水腐蚀疲劳实验的参数；参数调整模块与模拟海水连通和/或设置在模拟海水中并于调整模拟海水的海水参数，参数调整模块调整的海水参数的类型与参数获取模块采集的海水参数的类型相同，主控模块用于在参数获取模块采集到的海水参数超出预设参数范围时，按照预设策略控制参数调整模块调整模拟海水的海水参数。
其进一步的技术方案为，系统还包括热成像仪，热成像仪连接主控模块中的信号转换单元，热成像仪朝向实验试件并用于采集实验试件在海水腐蚀疲劳实验中的红外热图像。
其进一步的技术方案为，海水参数包括模拟海水的氯离子浓度、温度、液位高度、水流速度、氢离子浓度指数PH值以及溶解氧浓度中的至少一种，则：
参数获取模块包括氯离子浓度传感器、参数调整模块包括氯离子调整单元，氯离子调整单元包括蒸馏水添加器和氯化钠溶液添加器，蒸馏水添加器和氯化钠溶液添加器与模拟海水连通，参数获取模块和参数调整模块分别用于采集和调整模拟海水的氯离子浓度；
和/或，参数获取模块包括温度传感器、参数调整模块包括温度调整单元，温度调整单元包括加热器和制冷器，加热器和制冷器设置在模拟海水中，参数获取模块和参数调整模块分别用于采集和调整模拟海水的温度；
和/或，参数获取模块包括液位传感器、参数调整模块包括液位调整单元，液位调整单元包括模拟海水添加器和溶液排放装置，模拟海水添加器和溶液排放装置与模拟海水连通，参数获取模块和参数调整模块分别用于采集和调整模拟海水的液位高度；
和/或，参数获取模块包括流速仪、参数调整模块包括流速调整单元，流速调整单元包括泵站电机，泵站电机设置在模拟海水中，参数获取模块和参数调整模块分别用于采集和调整模拟海水的水流速度；
和/或，参数获取模块包括PH传感器、参数调整模块包括PH调整单元，PH调整单元包括酸性溶液添加器和碱性溶液添加器，酸性溶液添加器和碱性溶液添加器与模拟海水连通，参数获取模块和参数调整模块分别用于采集和调整模拟海水的PH值；
和/或，参数获取模块包括溶解氧传感器、参数调整模块包括溶解氧调整单元，溶解氧调整单元包括除氧器和增氧泵，除氧器和增氧泵与模拟海水连通，参数获取模块和参数调整模块分别用于采集和调整模拟海水的溶解氧浓度。
一种精密海水腐蚀疲劳实验台自动控制方法，方法应用于上述系统中，该方法包括：
在实验试件在模拟海水中进行海水腐蚀疲劳实验的过程中，通过参数获取模块采集模拟海水的海水参数，海水参数是模拟海水中影响实验试件的海水腐蚀疲劳实验的参数；
检测采集到的海水参数是否在预设参数范围内；
当检测到海水参数超出预设参数范围时，按照预设策略控制参数调整模块调整模拟海水的海水参数，参数调整模块调整的海水参数的类型与参数获取模块采集的海水参数的类型相同。
其进一步的技术方案为，上述系统包括热成像仪，则该方法还包括：
在实验试件在模拟海水中进行海水腐蚀疲劳实验的过程中，通过热成像仪采集并显示实验试件的红外热图像。
其进一步的技术方案为，当检测到海水参数超出预设参数范围时，按照预设策略控制参数调整模块调整模拟海水的海水参数，包括：
当检测到海水参数超出预设参数范围时，检测距离上一次按照预设策略控制参数调整模块调整模拟海水的海水参数的时长是否达到预设时长；
若达到预设时长，则按照预设策略控制参数调整模块调整模拟海水的海水参数。
其进一步的技术方案为，参数获取模块采集的海水参数包括模拟海水的氯离子浓度、温度、液位高度、水流速度、氢离子浓度指数PH值以及溶解氧浓度中的至少一种。
其进一步的技术方案为，当检测到海水参数超出预设参数范围时，按照预设策略控制参数调整模块调整模拟海水的海水参数，包括：
当检测到模拟海水的氯离子浓度高于预设氯离子浓度范围时，控制蒸馏水添加器向模拟海水中添加第一预定容量的蒸馏水；当检测到模拟海水的氯离子浓度低于预设氯离子浓度范围时，控制氯化钠溶液添加器向模拟海水中添加第二预定容量的氯化钠溶液；
和/或，当检测到模拟海水的温度高于预设温度范围时，控制制冷器启动并对模拟海水降温第一预定时长；当检测到模拟海水的温度低于预设温度范围时，控制加热器启动并对模拟海水加热第二预定时长；
和/或，当检测到模拟海水的液位高度高于预设液位范围时，控制溶液排放装置从模拟海水中排出第三预定容量的模拟海水；当检测到模拟海水的液位高度低于预设液位范围时，控制模拟海水添加器向模拟海水中添加第四预定容量的模拟海水；
和/或，当检测到模拟海水的水流速度高于预设速度范围时，控制泵站电机降低第一预定转速；当检测到模拟海水的水流速度低于预设速度范围时，控制泵站电机提高第二预定转速；
和/或，当检测到模拟海水的PH值高于预设PH值范围时，控制酸性溶液添加器向模拟海水中添加第五预定容量的酸性溶液；当检测到模拟海水的PH值低于预设PH值范围时，控制碱性溶液添加器向模拟海水中添加第六预定容量的碱性溶液；
和/或，当检测到模拟海水的溶解氧浓度高于预设溶解氧浓度范围时，控制除氧器启动并工作第三预定时长；当检测到模拟海水的溶解氧浓度低于预设溶解氧浓度范围时，控制增氧泵启动并工作第四预定时长。
本发明的有益技术效果是：
本申请针对目前疲劳腐蚀实验台不能智能控制参数的问题，提供了一种精密海水腐蚀疲劳实验台自动控制系统及方法，通过在模拟海水中设置各类传感器来获取模拟海水的海水参数，由MCU进行决策和执行，并自动控制参数调整模块对海水参数进行相应调整，可以有效的解决当前海水腐蚀疲劳实验中环境参数的控制问题，实现对海水参数的自动控制，更准确的模拟海水的环境。另外由机器自动控制时，采样频率可以按需调节，实时性较好。另一方面，本申请中设置了朝向实验试件的热成像仪，可以采集实验试件在海水腐蚀疲劳实验中的红外热图像，因此不仅可以获取疲劳实验结果，还可以方便的了解实验试件在腐蚀疲劳试验过程中的变化情况。
附图说明
图1是本申请公开的精密海水腐蚀疲劳实验台自动控制系统的系统结构图。
图2是本申请公开的精密海水腐蚀疲劳实验台自动控制方法的流程图。
图3是本申请公开的精密海水腐蚀疲劳实验台自动控制方法的另一流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步说明。
本发明公开了一种精密海水腐蚀疲劳实验台自动控制系统，该实验台中包括模拟海水，实验试件设置在模拟海水中进行海水腐蚀疲劳实验，实验试件采用铁之类的金属材质制成，该系统可以实现对模拟海水的海水参数的自动控制，请参考图1，该系统包括主控模块、参数获取模块和参数调整模块，主控模块分别连接参数获取模块和参数调整模块。
参数获取模块包括各类传感器，其设置在模拟海水中并用于采集模拟海水的海水参数，本申请中的海水参数指的是模拟海水中影响实验试件的海水腐蚀疲劳实验的参数，包括但不限于模拟海水的氯离子浓度、温度、液位高度、水流速度、PH值以及溶解氧浓度中的至少一种，则对应的，本申请中的参数获取模块包括但不限于氯离子浓度传感器、温度传感器、液位传感器、流速仪、PH传感器和溶解氧传感器中的至少一种，其中氯离子浓度传感器用于采集模拟海水中的氯离子浓度，温度传感器用于采集模拟海水的温度，以此类推。
主控模块包括MCU(Microcontroller Unit，微控制单元)、信号转换单元和存储单元，信号转换单元可以实现为A/D转换器(模数转换器)，存储单元可以实现为磁盘，信号转换单元分别连接MCU和存储单元。信号转换单元连接参数获取模块，参数获取模块将各类传感器采集到的海水参数发送给主控模块中的信号转换单元，传感器采集到的是模拟量信号，信号转换单元用于将接收到的模拟量信号转换为数字量信号并发送给MCU进行决策和执行，同时信号转换单元还将转化得到的数字量信号发送给存储单元进行存储，方便对实验过程中的海水参数的查阅。
主控模块中的MCU连接并控制参数调整模块，参数调整模块包括各类用于对海水参数进行调整的装置，不同的装置的设置方式不同，通常情况下，参数调整模块与模拟海水连通和/或设置在模拟海水中，从而调整模拟海水的海水参数。参数调整模块调整的海水参数的类型与参数获取模块采集的海水参数的类型相同，因此参数调整模块中的装置与参数获取模块中的传感器是对应设置的，对应于本申请中的各类海水参数，主要包括几下几种对应情况：
一、参数获取模块包括氯离子浓度传感器、参数调整模块包括氯离子调整单元，氯离子调整单元包括蒸馏水添加器和氯化钠溶液添加器，蒸馏水添加器和氯化钠溶液添加器与模拟海水连通，氯化钠溶液添加器中包括预先配好浓度的氯化钠溶液，参数获取模块和参数调整模块分别用于采集和调整模拟海水的氯离子浓度。
二、参数获取模块包括温度传感器、参数调整模块包括温度调整单元，温度调整单元包括加热器和制冷器，加热器和制冷器设置在模拟海水中，参数获取模块和参数调整模块分别用于采集和调整模拟海水的温度。
三、参数获取模块包括液位传感器、参数调整模块包括液位调整单元，液位调整单元包括模拟海水添加器和溶液排放装置，模拟海水添加器和溶液排放装置与模拟海水连通，模拟海水添加器中包括与实验台中的模拟海水相同的模拟海水，参数获取模块和参数调整模块分别用于采集和调整模拟海水的液位高度。
四、参数获取模块包括流速仪、参数调整模块包括流速调整单元，流速调整单元包括泵站电机，泵站电机设置在模拟海水中，参数获取模块和参数调整模块分别用于采集和调整模拟海水的水流速度。
五、参数获取模块包括PH传感器、参数调整模块包括PH调整单元，PH调整单元包括酸性溶液添加器和碱性溶液添加器，酸性溶液添加器和碱性溶液添加器与模拟海水连通，酸性溶液添加器中包括预先配好浓度的酸性溶液，比如HCl(氯化氢)溶液，碱性溶液添加器中包括预先配好浓度的碱性溶液，比如NaCHO2(甲酸钠)溶液，参数获取模块和参数调整模块分别用于采集和调整模拟海水的PH值。
六、参数获取模块包括溶解氧传感器、参数调整模块包括溶解氧调整单元，溶解氧调整单元包括除氧器和增氧泵，除氧器和增氧泵与模拟海水连通，参数获取模块和参数调整模块分别用于采集和调整模拟海水的溶解氧浓度。
该系统中的参数获取模块和参数调整模块的具体内容包括上述六种情况中的至少一种，实际实现时，参数获取模块同时包括上述六种传感器，参数调整模块也同时包括上述六种调整模块，则整个系统可以对氯离子浓度、温度、液位高度、水流速度、PH值以及溶解氧浓度都进行采集和调整。
可选的，为了观察实验试件在实验过程中疲劳特性变化情况，该系统还包括热成像仪，热成像仪连接主控模块中的信号转换单元，热成像仪朝向实验试件并用于采集实验试件在海水腐蚀疲劳实验中的红外热图像，实验试件的疲劳部分的温度比其余部分高，因此利用该红外热图像用于更方便的了解实验试件在腐蚀疲劳试验过程中的变化情况。
对应图1公开的精密海水腐蚀疲劳实验台自动控制系统，本申请还针对该系统的工作过程公开了一种精密海水腐蚀疲劳实验台自动控制方法，请参考图2示出的流程图，该方法包括：
步骤2-1：将实验试件设置在模拟海水中进行海水腐蚀疲劳实验，在实验过程中，主控模块通过参数获取模块采集模拟海水的海水参数并将海水参数存储在存储单元中，同时通过热成像仪采集并显示实验试件的红外热图像，主控模块通常是按照预定频率进行定期采集的，海水参数的含义如上所述，预定频率可由用户预先自定义设置。
步骤2-2：主控模块检测采集到的海水参数是否在预设参数范围内，预设参数范围通常都预先由用户进行自定义设置。
步骤2-3：若检测到海水参数在预先设置的预设参数范围内，则继续等待进行下一次检测。
步骤2-4：若检测到海水参数超出预设参数范围，则检测距离上一次按照预设策略控制参数调整模块调整模拟海水的海水参数的时长是否达到预设时长，由于整个实验台的模拟海水处于循环状态，而上述海水参数中的氯离子浓度、PH值以及溶解氧浓度，通常是通过向模拟海水中添加溶液来进行调节的，则为了使上一次添加的溶液能够充分扩散到整个实验台的模拟海水中，在此设定预设时长的时间间隔；同样的，海水参数中的温度通常是通过加热和降温来实现的，则为了使整个实验台的模拟海水热交换至平衡，也需要设定预设时长的时间间隔；对于上述海水参数中的液位高度和水流速度来说，这一步骤也可以省略。另外，针对不同的海水参数的类型，预设策略和预设时长都可以不同，预设策略和预设时长通常由用户自定义。
步骤2-5：若达到预设时长，则按照预设策略控制参数调整模块调整模拟海水的海水参数，参数调整模块调整的海水参数的类型与参数获取模块采集的海水参数的类型相同。
步骤2-6：若未达到预设时长，则继续等待进行下一次检测，在预设时长的时间间隔内，采集到的海水参数可能是模拟海水局部的参数而并不能真实反映模拟海水的整体水平的海水参数，因此即使海水参数不在预设参数范围内，也不立即进行调整，而是等待下一次检测。
根据采集到的海水参数的类型不同，上述步骤2-2至2-6的具体操作不同，本申请以图1所示的系统可以检测氯离子浓度、温度、液位高度、水流速度、PH值以及溶解氧浓度为例对该方法进行具体的说明，请参考图3示出的流程图，其过程为：
步骤3-1：检测模拟海水的氯离子浓度是否在预设氯离子浓度范围内。
步骤3-2：若氯离子浓度在预设氯离子浓度范围内，则执行下列步骤3-5。
步骤3-3：若氯离子浓度高于预设氯离子浓度范围，则检测距离上一次添加蒸馏水的时长是否满3分钟，若满3分钟，则控制蒸馏水添加器向模拟海水中添加第一预定容量的蒸馏水并执行下列步骤3-5，若未满3分钟，则直接执行下列步骤3-5。
步骤3-4：若氯离子浓度低于氯离子浓度范围，则检测距离上一次添加氯化钠溶液的时长是否满3分钟，若满3分钟，则控制氯化钠溶液添加器向模拟海水中添加第二预定容量的氯化钠溶液并执行下列步骤3-5，若未满3分钟，则直接执行下列步骤3-5。
步骤3-5：检测模拟海水的温度是否在预设温度范围内。
步骤3-6：若模拟海水的温度在预设温度范围内，则执行下列步骤3-9。
步骤3-7：若模拟海水的温度高于预设温度范围，则检测距离上一次降温是否满1分钟，若满1分钟，则控制制冷器启动并对模拟海水降温第一预定时长并执行下列步骤3-9，若未满1分钟，则直接执行下列步骤3-9。
步骤3-8：若模拟海水的温度低于预设温度范围，则检测距离上一次加热是否满1分钟，若满1分钟，则控制加热器启动并对模拟海水加热第二预定时长并执行下列步骤3-9，若未满1分钟，则直接执行下列步骤3-9。
步骤3-9：检测模拟海水的液位高度是否在预设液位范围内。
步骤3-10：若模拟海水的液位高度在预设液位范围内，则执行下列步骤3-13。
步骤3-11：若模拟海水的液位高度高于预设液位范围时，则控制溶液排放装置从模拟海水中排出第三预定容量的模拟海水，并执行下列步骤3-13。
步骤3-12：若模拟海水的液位高度低于预设液位范围时，则控制模拟海水添加器向模拟海水中添加第四预定容量的模拟海水，并执行下列步骤3-13。
步骤3-13：检测模拟海水的水流速度是否在预设速度范围内。
步骤3-14：若模拟海水的水流速度在预设速度范围内，则执行下列步骤3-17。
步骤3-15：若模拟海水的水流速度高于预设速度范围时，控制泵站电机降低第一预定转速，并执行下列步骤3-17。
步骤3-16：若模拟海水的水流速度低于预设速度范围时，控制泵站电机提高第二预定转速，并执行下列步骤3-17。
步骤3-17：检测模拟海水的PH值是否在预设PH值范围内。
步骤3-18：若模拟海水的PH值在预设PH值范围内，则执行下列步骤3-21。
步骤3-19：若模拟海水的PH值高于预设PH值范围，则检测距离上一次添加酸性溶液的时长是否满3分钟，若满3分钟，则控制酸性溶液添加器向模拟海水中添加第五预定容量的酸性溶液并执行下列步骤3-21，若未满3分钟，则直接执行下列步骤3-21。
步骤3-20：若模拟海水的PH值低于预设PH值范围时，则检测距离上一次添加碱性溶液的时长是否满3分钟，若满3分钟，则控制碱性溶液添加器向模拟海水中添加第六预定容量的碱性溶液并执行下列步骤3-21，若未满3分钟，则直接执行下列步骤3-21。
步骤3-21：检测模拟海水中的溶解氧浓度是否在预设溶解氧浓度范围内。
步骤3-22：若模拟海水的溶解氧浓度在预设溶解氧浓度范围内，则执行上述步骤2-1再次采集海水参数。
步骤3-23：若模拟海水的溶解氧浓度高于预设溶解氧浓度范围，则检测距离上一次启动除氧器的时长是否满2分钟，若满2分钟，则控制除氧器启动并工作第三预定时长，并执行上述步骤2-1；若未满2分钟，则直接执行上述步骤2-1。
步骤3-24：若模拟海水的溶解氧浓度低于预设溶解氧浓度范围，则检测距离上一次启动增氧泵的时长是否满2分钟，若满2分钟，则控制增氧泵启动并工作第四预定时长，并执行上述步骤2-1；若未满2分钟，则直接执行上述步骤2-1。
以上所述的仅是本申请的优选实施方式，本发明不限于以上实施例。可以理解，本领域技术人员在不脱离本发明的精神和构思的前提下直接导出或联想到的其他改进和变化，均应认为包含在本发明的保护范围之内。