二维表面热流密度实时在线测量装置及方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN111735847A(43)申请公布日2020.10.02(21)申请号202010688933.X(22)申请日2020.07.17(71)申请人常州江苏大学工程技术研究院地址213100江苏省常州市武进区常武中路801号天润科技大厦B座8楼(72)发明人田加猛王军锋陈斌周致富(74)专利代理机构常州市科谊专利代理事务所32225代理人钮云涛(51)Int.Cl.G01N25/20(2006.01)G01K17/00(2006.01)权利要求书6页说明书13页附图3页(54)发明名称二维表面热流密度实时在线测量装置及方法(57)摘要本发明涉及一种实时在线测量装置及方法，尤其是一种二维表面热流密度实时在线测量装置及方法。按照本发明提供的技术方案，所述二维表面热流密度实时在线测量装置，包括基体以及能监测基体多点温度的基体温度传感器，所述基体温度传感器通过数据采集板卡与测量控制计算装置电连接，测量控制计算装置通过数据采集板卡能对基体温度传感器监测基体的多点温度同步采集；测量控制计算装置根据获取基体的多点温度值后，采用二维滤波方法计算确定基体的表面多点热流密度。本发明能解决锅炉、内燃机等热工转换设备表面热流密度的在线监测和测量难题，从而推动相关工业过程的优化和发展。CN111735847ACN111735847A权利要求书1/6页1.一种二维表面热流密度实时在线测量装置，其特征是：包括基体（1）以及能监测基体（1）多点温度的基体温度传感器，所述基体温度传感器通过数据采集板卡（5）与测量控制计算装置（7）电连接，测量控制计算装置（7）通过数据采集板卡（5）能对基体温度传感器监测基体（1）的多点温度同步采集；测量控制计算装置（7）根据获取基体（1）的多点温度值后，采用二维滤波方法计算确定基体（1）的表面热流密度。2.根据权利要求1所述的二维表面热流密度实时在线测量装置，其特征是：所述基体温度传感器为T型薄膜热电偶阵列，所述T型薄膜热电偶阵列包括J个T型薄膜热电偶（2），J为大于0的正整数；T型薄膜热电偶（2）采用磁控溅射镀膜方式设置在基体（1）上；T型薄膜热电偶（2）的两端通过补偿导线（3）与集线盒（4）连接，集线盒（4）与数据采集板卡（5）连接。3.根据权利要求2所述的二维表面热流密度实时在线测量装置，其特征是：所述基体（1）为单层或多层复合体；基体（1）为单层时，基体温度传感器位于基体（1）的表面；基体（1）为多层复合体时，基体温度传感器位于基体（1）的表面，或位于多层复合体内；测量控制计算装置（7）能记录并显示输出所述基体（1）的表面热流密度。4.根据权利要求2所述的二维表面热流密度实时在线测量装置，其特征是：测量控制计算装置（7）对获取的多点温度值采用巴特沃斯低通数字滤波器进行滤波，并在滤波后采用二维滤波方法计算得到基体（1）的表面热流密度；测量控制计算装置（7）计算得到基体（1）的表面热流密度Q为：其中，、分别为时间项正则化参数、空间项正则化参数，为敏感系数矩阵X的转置，为矩阵的转置，为矩阵Hs的转置，Ht为时间项的一阶正则化分块矩阵，Hs为空间项的一阶正则化分块矩阵；F为滤波系数分块矩阵；其中，矩阵为空间项的一阶正则化分块矩阵Hs内的单元矩阵，矩阵I为时间项的一2CN111735847A权利要求书2/6页阶正则化分块矩阵Ht内的单元矩阵，矩阵I和矩阵大小均为K×J，Ht和Hs为K×J的分块矩阵；K为热流密度数量，K≤J；Y为经过巴特沃斯低通数字滤波器进行数字滤波后的表面温度测量值分块矩阵；N和n分别表示总时层数和第n个时层，N=采样时间*采样频率；表示第n个时层时的第一个T型薄膜热电偶（2）的所测温度值，为第n个时层时第j个T型薄膜热电偶（2）的所测温度值；敏感系数矩阵X为下三角矩阵并具有Toeplitz结构，2T0为基体（1）的初温，为当边界条件=1W/m而其余热流密度为0时，通过有限差分法所计算出的第j个测点处温度值，为第n个时层与第n-1个时层通过有限差分法所计算出的测点处温度值之差，为第k个边界的热流密度；根据上述敏感系数矩阵X、时间项的一阶正则化分块矩阵、空间项的一阶正则化分块矩阵Hs以及经过巴特沃斯低通数字滤波器进行数字滤波后的表面温度测量值分块矩阵Y3CN111735847A权利要求书3/6页能得到基体（1）的表面热流密度Q的表达式；根据上述敏感系数矩阵X、时间项的一阶正则化分块矩阵、空间项的一阶正则化分块矩阵Hs能得到滤波系数分块矩阵F，将滤波系数分块矩阵F简化后能得到分块矩阵Fs分块矩阵Fs内的元素均为大小为K×J的滤波系数矩阵子块，利用分块矩阵Fs，通过比较法确定滤波参数mp、滤波参数mf以及时间项正则化参数、空间项正则化参数。