[发明专利]金属火灾熔痕的定量金相与物相分析系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种金相与物相分析系统及方法，尤其是一种金属火灾熔痕的定量金相与物相分析系统及方法，属于火灾物证鉴定技术。

背景技术

人类社会的生产与经济发展在给生活带来便利的同时也越来越受到火灾的威胁，火灾的剧烈程度与经济的发达程度呈正相关关系。《中华人民共和国消防法》已明确应当坚持实事求是、尊重科学的原则，加强和规范火灾事故调查工作，调查、认定火灾原因，核定火灾损失，查明火灾事故责任。公安部的消防调查报告显示：电气设备的违章操作和使用不慎是引发火灾的主要原因。一直以来，电气火灾都占基本火灾起数的23-31％。

电气火灾的物证鉴定研究工作能为认定火灾原因，核定火灾损失，查明火灾事故责任的提供重要的理论依据。美国防火规范中曾采用金相检验分析技术判断金属熔痕是由于火烧还是短路形成的。国内的一些研究者也开始采用各种新的方法对金属火灾熔痕进行鉴定。例如：利用扫描电子显微镜法对一次短路熔痕进行了微观形貌分析；利用X射线光电子能谱(XPS，X-ray Photoelectron Spectroscopy)判定一次短路熔痕和二次短路熔痕。然而，目前对于熔痕金相图像的判别，仅依靠肉眼观察以达到定性描述熔痕特征的目的。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述现有技术的缺陷，提供一种金属火灾熔痕的定量金相与物相分析系统。

本发明的另一目的在于提供一种金属火灾熔痕的定量金相与物相分析方法。

上述系统及方法以典型的金属火灾熔痕为研究对象，基于数字图像处理技术，得到了各种熔痕的平均晶粒直径、晶粒个数以及晶粒度级别等尺寸参数，为真实客观地调查火灾事故、分析熔痕特征以及火灾原因、责任的认定奠定了重要基础。

本发明的目的可以通过采取如下技术方案达到：

金属火灾熔痕的定量金相与物相分析系统，所述系统包括：

图像采集模块，用于采集熔痕样品的金相图像；

第一预处理模块，用于对采集的金相图像进行预处理；

晶界提取模块，用于对预处理后的金相图像进行阈值计算、二值化、去噪，通过八链码法提取晶界；

第一计算模块，用于根据提取的晶界计算晶粒数，并以所有连通区域在X轴和Y 轴方向上的最大值和最小值作为晶粒的等效直径；

第一测试模块，用于通过透射电子显微镜测试，得到样品孔洞、平面和横截面的图像特征；

第二预处理模块，用于对样品孔洞、平面和横截面的图像特征进行预处理，结合采集的金相图像，得到样品孔洞的形貌特征；

第一分析模块，用于根据样品孔洞的形貌特征，分析样品孔洞的形成与火灾环境之间的关系；

第二分析模块，用于根据样品孔洞的形貌特征，分析样品金属元素和氧元素的质量百分比含量；

第二测试模块，用于通过X射线衍射相分析仪器测试，得到样品不同类别熔痕的 X射线衍射相分析谱图；

第二计算模块，用于以X射线衍射相分析仪器的宽化因子作为依据，定义晶粒因子函数和衍射峰函数，求得半高宽，并计算样品熔痕的平均晶粒度；

判定模块，用于根据孔洞的形成与火灾环境之间的关系、金属元素和氧元素的质量百分比含量、晶粒数、晶粒的等效直径以及平均晶粒度，通过专家知识库对熔痕图像的成因进行判定；

输出模块，用于根据判定的结果，输出特征指标和分析报表。

进一步的，所述第一预处理模块中，对金相图像进行预处理包括对金相图像定标、像素当量计算消除噪声点以及填补无意义的小孔洞，以对金相图像进行形态学运算。

进一步的，所述晶界提取模块中，对预处理后的金相图像进行去噪，具体为：采用四邻域的去噪模板对在金相图像的均匀区域中出现的单个不规则像素去噪。

进一步的，所述晶界提取模块中，通过八链码法提取晶界，具体为：用链码表示晶粒的边界像素，设定链码长度门限，提取单像素宽晶界。

进一步的，所述第一测试模块中，通过透射电子显微镜测试，得到样品孔洞、平面和横截面的图像特征，具体为：

通过透射电子显微镜，对样品孔洞内表面进行斑点和晶格衍射，以及对样品平面和横截面的热喷涂层进行透射，得到样品孔洞、平面和横截面的图像特征。

进一步的，所述X射线衍射相分析仪器的宽化因子反应的是衍射线的不平行性、样品的吸收、光阑尺寸造成的宽化效应及其程度。

进一步的，所述第二计算模块中，以X射线衍射相分析仪器的宽化因子作为依据，定义晶粒因子函数和衍射峰函数，求得半高宽，具体为：