[發明專利]一種四光譜渦輪葉片輻射測溫方法

有效

• 申請號: 201810577116.X
• 申請日: 2018-06-05
• 公開（公告）號: CN108801474B
• 公開（公告）日: 2020-10-27
• 發明（設計）人: 高山;馮馳;陳立偉;李東;伍迪;遲源
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: G01J5/60
• 分類號: G01J5/60;G01J5/00
• 代理公司: 哈爾濱市陽光惠遠知識產權代理有限公司 23211
• 代理人: 鄧宇

1.一種四光譜渦輪葉片輻射測溫方法，其特征在于：步驟如下：

步驟1：高溫計標定

將多光譜高溫計瞄準黑體爐精確調焦，每個測量點進行1000次采樣，取平均值作為測量值，所得的標定數據通過曲線擬合得到電壓——溫度曲線；

步驟2：渦輪葉片四光譜輻射能量獲取

通過三個二向色鏡對高溫計探頭獲取的輻射能量進行分光，得到四個光譜下的輻射能量，根據輻射能量得到不同光譜下的色溫；

步驟3：輻射模型建立

在絕對零度以上，物體表面都會有不同的波長對其進行輻射，不同溫度、波長下的黑體單色輻射出射度為：

式中：c₁＝3.7418×10⁴Wμm⁴/cm²為第一普朗克系數，c₂＝1.4388×10⁴μmK為第二普朗克系數，M_λ,T表示光譜在溫度為T、波長為λ時的單色輻射出射度，單色發色率為：

式中，M_b(λ,T_b)為物體實際輻射的能量，T_b為黑體溫度，M(λ,T_m)為同溫度下黑體輻射的能量，T_m為多光譜測溫所要求得的溫度；

假設固定某一溫度T下第j路光譜溫度所得到的輻射出射度為M_bj(λ,T_bj)，目標發射率為ε_j(λ,T)，該目標溫度的輻射出射度為M_j(λ,T)，則有：

通過逆函數M_j^-1(λ,T)可求得目標真實溫度為：

對于上式在N路光譜下得到的模型參數為ε_j(λ,T)，則不同光譜下的殘差方程為：

式中：δ²(ε₁,ε₂,.....ε_N)為目標函數，M_bm(λ,T_bm)和M_bn(λ,T_bn)分別表示第m路和第n路光譜下所測得的單色輻射量，ε_m(λ,T)和ε_n(λ,T)為第m路和第n路光譜所對應的物體單色發射率；通過對目標方程的求解，盡可能縮小δ²(ε₁,ε₂,.....ε_N)的值，可獲得更準確的葉片真溫；

步驟4：差分進化算法求解真溫

①初始化種群

首先采用編碼對種群中的個體進行隨機初始化；對于種群規模為n，決策空間維數為d的種群，其進化的不同代數的種群個體可描述為

其中，g表示當前代數，i表示相應的個體，在這里表示葉片表面的發射率模型，d表示每個待優化個體的維數，即光譜數量；

每個個體的每一維初始化的公式為：

其中：g表示當前代數，i表示相應的個體，j表示對應決策變量第幾維度，表示第g代決策變量第j維最大值，表示第g代決策變量第j維最小值，rand(0,1)表示從0到1之間的均勻分布的函數；

②種群變異

從當前種群的n個個體中隨機選取三個不同的個體進行變異操作產生新個體為：

式中：r₁,r₂,r₃∈{1,2...n}，且r₁≠r₂≠r₃，n為當代種群規模，要至少大于4才能滿足變異過程；F為縮放因子；

③交叉過程

將變異過程產生的第i個新個體和種群中對應的第i個個體按照運算重新組合規則產生新的試驗個體，其交叉式子如下：

其中，表示第g代決策變量第j維度的個體i，表示第g+1代決策變量第j維度的個體i，C_r對應的是交叉概率；

④選擇過程

將源種群的目標個體和交叉過程產生的試驗個體進行比較，即如果源種群個體優于交叉后的試驗個體則源種群目標個體直接進入下一代，否則交叉后的試驗個體將替換源目標個體并并參與后續運算，即：

其中，代表下一代第i個個體，f表示適應度函數值。