[發(fā)明專利]一種高精度快速溫度場(chǎng)重建方法、系統(tǒng)、設(shè)備及終端

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202111490991.2
• 申請(qǐng)日: 2021-12-08
• 公開（公告）號(hào): CN114216582B
• 公開（公告）日: 2022-09-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鐘其水;施開波;白金平;楊金;韓勝;李思捷
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 電子科技大學(xué)長(zhǎng)三角研究院（湖州）
• 主分類號(hào): G01K11/24
• 分類號(hào): G01K11/24
• 代理公司: 成都東恒知盛知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 51304
• 代理人: 李英

本發(fā)明屬于溫度檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，公開了一種高精度快速溫度場(chǎng)重建方法、系統(tǒng)、設(shè)備及終端，該方法包括：將測(cè)量區(qū)域劃定為一定數(shù)量的離散網(wǎng)格；構(gòu)建基于離散網(wǎng)格點(diǎn)溫度誤差目標(biāo)函數(shù)；基于測(cè)量的聲波飛渡時(shí)間數(shù)據(jù)，采用改進(jìn)型FISTA算法求解該目標(biāo)函數(shù)，得到網(wǎng)格下的測(cè)量區(qū)域溫度分布；將測(cè)量區(qū)域網(wǎng)格下得到的溫度分布利用核極限學(xué)習(xí)機(jī)進(jìn)行訓(xùn)練預(yù)測(cè)，得到整個(gè)測(cè)量區(qū)域的溫度場(chǎng)分布。本發(fā)明利用了溫度場(chǎng)被測(cè)區(qū)域的尺寸，飛度時(shí)間等先驗(yàn)條件；通過改進(jìn)型FISTA算法，快速求出粗網(wǎng)格點(diǎn)的溫度，解決了溫度場(chǎng)重建迭代過程中的不穩(wěn)定現(xiàn)象；然后利用核極限學(xué)習(xí)機(jī)，成功地精確預(yù)測(cè)出溫度場(chǎng)，與傳統(tǒng)算法相比，該算法提高了平均相對(duì)誤差與均方根誤差。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于溫度檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種高精度快速溫度場(chǎng)重建方法、系統(tǒng)、設(shè)備及終端。

背景技術(shù)

目前，溫度作為基本的物理量之一，通過對(duì)溫度變化進(jìn)行監(jiān)測(cè)有助于獲取多種有用的信息。因此利用聲學(xué)法溫度場(chǎng)重建技術(shù)及時(shí)準(zhǔn)確的獲取溫度分布信息，在確保工業(yè)爐系統(tǒng)高效穩(wěn)定運(yùn)行、提高糧食倉(cāng)儲(chǔ)質(zhì)量、大氣參數(shù)遠(yuǎn)距離監(jiān)測(cè)和海底熱泉溫度分布監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。

隨著科技的發(fā)展，我國(guó)對(duì)于電力需求日益增加，使得發(fā)電制造業(yè)飛速發(fā)展，目前我國(guó)己經(jīng)趕超美國(guó)成為世界上電力裝機(jī)容量第一大強(qiáng)國(guó)。火力發(fā)電雖然滿足了國(guó)家對(duì)電力的需求，但也對(duì)環(huán)境造成了極大的污染，因而要提高火力發(fā)電廠的燃燒效率以及環(huán)保能力。煤炭燃燒時(shí)，燃燒爐內(nèi)部的溫度分布會(huì)影響煤炭燃燒的充分性因此研究燃燒爐內(nèi)溫度分布對(duì)于全世界都具有非常重要的意義。

當(dāng)前常用的溫度檢測(cè)方法大致可以分為兩類：接觸式測(cè)溫和非接觸式測(cè)溫。

接觸式測(cè)溫技術(shù)需要通過接觸傳感器和被測(cè)物體以獲得傳感器位置所在位置的溫度。常見的傳感器有：熱電偶溫度傳感器，利用介質(zhì)受熱膨脹的原理制造的水銀溫度計(jì)，壓力式溫度計(jì)和雙金屬溫度計(jì)等。接觸式測(cè)溫技術(shù)簡(jiǎn)單直觀，同時(shí)也存在很多缺陷。由于傳感器與待測(cè)對(duì)象的接觸不可避免地會(huì)影響待測(cè)對(duì)象的溫度分布，會(huì)給溫度的測(cè)量帶來一些測(cè)量誤差。如果待測(cè)對(duì)象為高溫或具有腐蝕特性，則會(huì)導(dǎo)致大大縮短傳感器的使用壽命，降低溫度的測(cè)量精度。接觸式測(cè)溫只有當(dāng)傳感器達(dá)到熱平衡時(shí)才能準(zhǔn)確測(cè)量溫度，多以測(cè)量中容易受到待測(cè)對(duì)象自身性質(zhì)和傳熱方式的影響，不能保證溫度的實(shí)時(shí)測(cè)量。

非接觸式測(cè)溫可以在不與待測(cè)物體直接接觸的情況下測(cè)得對(duì)象溫度，是一種收集待測(cè)區(qū)域中熱源或燃燒流場(chǎng)中豐富的物理信息，再應(yīng)用這些信息間接地獲取溫度分布的測(cè)量技術(shù)，具有響應(yīng)速度快、可以維持待測(cè)物體的溫度場(chǎng)和流場(chǎng)的原貌的優(yōu)點(diǎn)，當(dāng)待測(cè)區(qū)域處于環(huán)境惡劣，溫度分布情況復(fù)雜，測(cè)量區(qū)域大的情況時(shí)，非接觸測(cè)溫更為實(shí)用。聲學(xué)法屬于非接觸式測(cè)量的一種。工業(yè)爐溫度場(chǎng)監(jiān)測(cè)中所應(yīng)用的聲學(xué)高溫計(jì)采用的就是聲學(xué)法溫度場(chǎng)檢測(cè)技術(shù)。聲學(xué)法測(cè)溫原理是根據(jù)介質(zhì)溫度和聲波在介質(zhì)中的聲速存在一定的單值函數(shù)關(guān)系，通過合理布置待測(cè)區(qū)域內(nèi)的聲波傳播路徑，測(cè)量該路徑上的聲速，最后反演出待測(cè)區(qū)域的溫度分布的方法。聲學(xué)法測(cè)溫的主要優(yōu)點(diǎn)有測(cè)量范圍廣，響應(yīng)靈敏，測(cè)量空間大，可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)實(shí)時(shí)的溫度監(jiān)測(cè)。聲學(xué)測(cè)溫由于其具有非侵入式測(cè)量的大部分特點(diǎn)，測(cè)溫范圍廣，響應(yīng)速度快，被認(rèn)為是有廣闊發(fā)展前景的可視化溫度測(cè)量技術(shù)。

目前超聲波測(cè)溫在鍋爐爐膛溫度場(chǎng)監(jiān)測(cè)、海底熱液口溫度測(cè)量、倉(cāng)儲(chǔ)糧食溫度場(chǎng)測(cè)量等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。超聲波測(cè)溫主要依據(jù)超聲波在介質(zhì)傳播過程中聲速與溫度的相關(guān)關(guān)系，通過測(cè)量聲速變化而推導(dǎo)出被測(cè)對(duì)象的溫度信息。除了具有非接觸式測(cè)溫的特點(diǎn)之外，超聲波測(cè)溫技術(shù)還具有測(cè)量溫度范圍廣、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)、實(shí)時(shí)連續(xù)等優(yōu)點(diǎn)，且能實(shí)現(xiàn)空間溫度分布測(cè)量。

基于聲學(xué)法的溫度場(chǎng)重建算法按照正問題模型的不同可以可分為兩類：一類是把被測(cè)區(qū)域劃分為若干個(gè)像素，并假設(shè)每個(gè)像素內(nèi)的溫度是均勻的，然后依據(jù)每個(gè)像素內(nèi)聲線穿過的長(zhǎng)度建立正問題模型，這類正問題模型要求被測(cè)區(qū)域劃分的像素?cái)?shù)要小于有效聲波路徑數(shù)；另一類是把每個(gè)被測(cè)區(qū)域劃分的像素用一個(gè)徑向基函數(shù)逼近，對(duì)待測(cè)區(qū)域剖分像素?cái)?shù)和有效聲波路徑數(shù)的大小關(guān)系沒有限制。

求解第一類正問題模型的常見方法有代數(shù)重建算法和Landweber迭代法。