一種獲取金屬結(jié)構(gòu)內(nèi)部三維溫度場的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種獲取金屬結(jié)構(gòu)內(nèi)部三維溫度場的方法，首先，利用標(biāo)定法確定金屬結(jié)構(gòu)的三維有限元模型前后表面的幾何結(jié)點與金屬結(jié)構(gòu)的熱像儀二維圖結(jié)點之間的映射關(guān)系，利用該映射關(guān)系，就可得到金屬結(jié)構(gòu)表面的溫度分布圖；然后，利用金屬結(jié)構(gòu)的三維有限元模型的幾何信息，對金屬結(jié)構(gòu)內(nèi)部的用戶指定截面進(jìn)行定位，接著再利用線性計算方法計算金屬結(jié)構(gòu)內(nèi)部用戶指定截面上每個結(jié)點的溫度值，進(jìn)而得到所有用戶指定截面上的溫度分布；最后將這些溫度分布圖組合起來，就得到金屬結(jié)構(gòu)內(nèi)部的三維溫度場。
【專利說明】一種獲取金屬結(jié)構(gòu)內(nèi)部三維溫度場的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及紅外溫度測試技術(shù)，特別涉及一種獲取金屬結(jié)構(gòu)內(nèi)部三維溫度分布的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]紅外溫度測量技術(shù)廣泛地應(yīng)用在機械、航天航空、建材、冶金、化工、石油等各類工業(yè)中。溫度測量是現(xiàn)代工業(yè)控制系統(tǒng)的重要內(nèi)容之一，其性能優(yōu)劣直接影響著被控對象的質(zhì)量。通過溫度的精確測量控制加熱溫度，使之迅速、準(zhǔn)確地達(dá)到設(shè)定值對于改進(jìn)產(chǎn)品質(zhì)量，提聞生廣效率有著十分重要的現(xiàn)實意義。
[0003]在溫度控制過程中，溫度也是其中主要的被控參數(shù)之一。典型部件內(nèi)部的溫度分布直接體現(xiàn)了該設(shè)備工作的穩(wěn)定性，可以幫助工作人員直觀地觀察，根據(jù)實際情況進(jìn)行溫度控制。溫度分布與典型部件的幾何尺寸、材料等因素相關(guān)，所以它也能反應(yīng)出典型部件的設(shè)計與制造的合理與否。從溫度控制過程來講，建立在典型部件的溫度分布分析技術(shù)之上的自動控制技術(shù)對于設(shè)備運行的安全性、高效性和低污染性將提供有效的保證。
[0004]然而，由于測量手段的限制，現(xiàn)有的測量儀器只能測量部件表面的溫度分布情況，而關(guān)于部件內(nèi)部的溫度分布情況利用現(xiàn)有測量手段無法直接獲知。為了能夠獲取部件內(nèi)部的溫度分布情況，目前可行的方案都是利用二維溫度場重建三維溫度場的技術(shù)。比如，有許多研究工作者用圖像處理結(jié)構(gòu)輻射傳遞的逆求解方法實現(xiàn)了三維溫度場的重建，并已在電站的燃煤鍋爐三維溫度場可視化中得到應(yīng)用。2007年，基于Monte Carlo技術(shù)的DRESOR法計算爐內(nèi)的輻射傳遞過程，根據(jù)已建立的火焰溫度圖像與爐內(nèi)三維溫度場之間的線性關(guān)系，采用改進(jìn)的Tikhonov正則化方法從火焰溫度圖像中重建爐內(nèi)的三維溫度場。近幾年，人們采用聲學(xué)法提出了一些三維溫度場重建技術(shù)。這些方法大致可以分為兩類:一類是基于二維典型平面重建和三維插值的三維溫度場重建方法。另一類是直接三維溫度場重建方法。第一類方法，首先在三維被測空間取幾個典型層面，然后在這些典型層面四周盡可能均勻的布置聲波收發(fā)器，形成穿過平面上的多條均勻分布的聲波飛行路徑，計算或測量這些典型層面上的聲波飛行時間，利用二維溫度場重建算法重建這幾個典型層面的溫度場，再利用三維插值的方法就可以得出其余層面上相應(yīng)位置的溫度場，從而得到整個三維溫度場的重建結(jié)果。而直接三維溫度場重建方法，首先在被測空間四周布置聲波收發(fā)器，形成穿過該被測區(qū)域的同層面和不同層面上的多條均勻分布的聲波飛行路徑，并計算聲波飛行時間，利用直接三維溫度場重建算法重建出三維溫度場。
[0005]目前這些方法只是針對可穿透的氣體或火焰的三維溫度場重建給出的可行的方案，針對材料不可穿透的固體結(jié)構(gòu)的三維溫度場的重建方法還沒有查到相關(guān)文獻(xiàn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是提供一種由金屬結(jié)構(gòu)外表面的二維溫度場重建內(nèi)部三維溫度場的方法。[0007]為達(dá)到以上目的，本發(fā)明是采取如下技術(shù)方案予以實現(xiàn)的:
[0008]一種獲取金屬結(jié)構(gòu)內(nèi)部三維溫度場分布的方法，其特征在于，包括下述步驟:
[0009]第一步，首先，建立金屬結(jié)構(gòu)的三維有限元模型，并確定與該模型幾何坐標(biāo)系XY軸相平行的兩個外表面，即前表面與后表面，其中Z軸方向由后表面指向前表面；接著調(diào)整熱像儀的拍攝位置，保證金屬結(jié)構(gòu)前、后表面溫度分布的熱像儀二維圖的像素點坐標(biāo)系的XY軸與三維有限元模型的幾何坐標(biāo)系的XY軸同向；最后分別拍攝出金屬結(jié)構(gòu)的前、后兩個表面溫度分布圖，形成兩張該金屬結(jié)構(gòu)表面溫度分布的二維圖；
[0010]第二步，利用金屬結(jié)構(gòu)的三維有限元模型和兩張金屬結(jié)構(gòu)表面溫度分布的二維圖，建立二者之間的映射關(guān)系，具體步驟如下:
[0011](I)建立金屬結(jié)構(gòu)三維有限元模型的幾何坐標(biāo)和金屬結(jié)構(gòu)前表面溫度分布的熱像儀二維圖像素點坐標(biāo)之間的映射關(guān)系，如式(I)所示，由于二維圖沒有Z軸坐標(biāo)，所以在建立映射關(guān)系時不予考慮，式(2)同理；
【權(quán)利要求】
1.一種獲取金屬結(jié)構(gòu)內(nèi)部三維溫度場分布的方法，其特征在于，包括下述步驟: 第一步，首先，建立金屬結(jié)構(gòu)的三維有限元模型，并確定與該模型幾何坐標(biāo)系XY軸相平行的兩個外表面:前表面與后表面，其中Z軸方向由后表面指向前表面；接著調(diào)整熱像儀的拍攝位置，使金屬結(jié)構(gòu)前、后表面溫度分布二維圖的像素點坐標(biāo)系的XY軸與三維有限元模型幾何坐標(biāo)系的XY軸同向；最后分別拍攝出該前、后兩個表面溫度分布圖，形成兩張該金屬結(jié)構(gòu)表面溫度分布的二維圖； 第二步，利用金屬結(jié)構(gòu)的三維有限元模型和兩張金屬結(jié)構(gòu)表面溫度分布的二維圖，建立二者之間的映射關(guān)系，具體步驟如下: (1)建立金屬結(jié)構(gòu)三維有限元模型的幾何坐標(biāo)和金屬結(jié)構(gòu)前表面溫度分布的熱像儀二維圖像素點坐標(biāo)之間的映射關(guān)系，如式(I)所示，由于二維圖沒有Z軸坐標(biāo)，所以在建立映射關(guān)系時不予考慮，式(2)同理；
【文檔編號】G01J5/00GK103940517SQ201410163865
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年4月22日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月22日
【發(fā)明者】趙金偉, 吳永祥, 劉振, 徐峰濤, 趙建平, 羅景琳, 閆桂榮 申請人:西安交通大學(xué)