CN114485978A - 一种基于材料电导率-温度特性的非接触式测温方法与装置 - Google Patents

Abstract

一种基于材料电导率‑温度特性的非接触式测温方法与装置，涉及温度检测技术领域，该装置包括电源模块、高频信号发生电路、感温探头、检测线圈、检测电路和计算机，电源模块为高频信号发生电路和检测电路供电，高频信号发生电路产生高频信号，驱动检测线圈产生交变电磁场，在感温探头表面形成涡流场，反作用于检测线圈产生的原磁场，从而改变检测线圈的交流阻抗，检测电路再测量检测线圈的交流阻抗，计算机根据检测电路传送的数据计算出感温探头的电导率，并利用预先标定好的温度与电导率的变化关系反演推导出感温探头的实时温度。本发明所涉非接触式测温方法与装置不仅检测灵敏度高，测量准确，抗干扰能力强，且不易受被测设备内部环境的影响。

Description

一种基于材料电导率-温度特性的非接触式测温方法与装置

技术领域

本发明涉及温度检测技术领域，尤其指一种基于材料电导率-温度特性的非接触式测温方法与装置。

背景技术

传统的测温方法主要是接触式测温，例如热电偶、热电阻测温，经过多年的研究和发展，接触式测温方法已经发展得较为成熟，在工业上得到广泛应用。但是接触式测温直接与被测对象近距离接触，在高温的工作环境下，测量装置易发生老化、损坏等问题，导致测温结果不准确。

非接触式测温方法不需要与被测对象接触，不会干扰温度场，具有原理简单、动态响应特性好、安装便捷的特点，广泛应用于电站锅炉、回转窑、燃料电池等工业现场。因此，研究非接触式测温技术在工业中的应用具有重要意义。

现有的非接触式测温技术中，主要采用红外测温技术，基本原理是根据测出物体表面的辐射能，并转换成电信号从而反映物体表面的温度。该技术在工业炉窑中广泛应用，用红外线扫描装置，能实时得到回转窑窑体表面温度，通过分析窑内壁温度和窑体表面温度存在的函数关系，可得到窑内的温度，具有稳定可靠、安装简单等优点。但这种技术也存在一定的不足，主要表现为：通过测量回转窑表面的温度来反应窑内温度，具有严重的滞后性，准确度不高；红外测温仪离回转窑有一定的距离，其测量的精度受温度检测点坐标、检测时间、周围的环境温度等多种因素影响。

磁学测温是非接触式测温方法中一种利用被测对象电磁特性(电导率、磁导率)与温度特性之间关系进行测温的技术。在现有技术中，铂电阻温度计原理与之相似，标准铂电阻温度计是根据金属铂的电阻随温度变化的规律来测量温度的。温度计的感温元件是由高纯铂丝以无应力结构绕制而成的四端电阻器。当温度变化时感温铂丝能自由膨胀和收缩，通过测量温度计感温元件的电阻，利用温标的内插公式，计算获得相应的温度值。基于金属铂电阻率与温度稳定的线性关系，将金属铂作为电路的感温元件，能够检测到1300℃高温，且准确度较高。但是，铂电阻温度计是接触式测量，只能对单点测温，且价格昂贵，制造工艺复杂，不耐震动，石英玻璃外保护管易破碎，因此不适合工业炉窑内部温度测量。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种检测精度和灵敏度高的基于材料电导率-温度特性的非接触式测温方法与装置，该方法根据非铁磁性金属在不同温度下电导率会发生变化的特性来实现非接触式测温，整个测温过程简单、易操作，能够有效避免容器内部复杂的环境影响测温结果。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方法：一种基于材料电导率-温度特性的非接触式测温装置，包括电源模块、高频信号发生电路、感温探头、检测线圈、检测电路和计算机；

所述电源模块分别与高频信号发生电路、检测电路连接，所述检测线圈分别与高频信号发生电路、检测电路连接，所述检测电路的输出端与计算机连接，所述感温探头为非铁磁性金属，其安装于被测设备内部；

所述电源模块用于给高频信号发生电路和检测电路供电；

所述高频信号发生电路用于产生高频信号，驱动检测线圈产生交变电磁场；

所述检测线圈用于产生交变电磁场，使感温探头表面形成涡流场；

所述检测电路用于测量检测线圈的交流阻抗；

所述计算机用于接收、处理检测电路发送的数据，计算出感温探头的电导率和温度。

进一步地，还包括采用耐高温软磁材料制作而成的导磁磁芯，所述检测线圈紧密缠绕于导磁磁芯的一端，所述导磁磁芯的另一端靠近于感温探头。

再进一步地，所述检测电路包括依次电连接的放大电路、信号处理电路、滤波电路和数据传输电路；所述放大电路的输入端与检测线圈电连接，所述数据传输电路的输出端与计算机电连接或无线连接；

所述放大电路用于将检测线圈的检测信号进行放大；

所述信号处理电路包括响应信号分离电路和幅值相位提取电路，所述响应信号分离电路用于将检测线圈的检测信号分为两个不同电压信号后输送给幅值相位提取电路，所述幅值相位提取电路用于将该两个不同电压信号转换为可以代表线圈阻抗信息的幅值差信号和相位差信号；

所述滤波电路用于对幅值差信号和相位差信号进行滤波处理；

所述数据传输电路用于将滤波处理后的信号传输到计算机上。

更进一步地，所述检测线圈的线径为0.8～1.2mm，匝数为1000～2000匝，长度为60～100mm，内径为50～60mm，所述检测线圈采用漆包线制作而成。

更进一步地，所述导磁磁芯采用HiperCo27合金，所述导磁磁芯的直径为50～60mm。

更进一步地，所述高频信号发生电路的激励频率为20～50kHz。

优选地，所述检测线圈的线径为1.0mm，匝数为1500匝，长度为80mm，内径为55mm，所述导磁磁芯的直径为55mm，所述高频信号发生电路的激励频率为20kHz。

作为本发明的另一面，一种基于材料电导率-温度特性的非接触式测温方法，包括如下步骤：

S1，安装

在被测设备上安装前述非接触式测温装置，设置电源模块和高频信号发生电路的基本参数；

S2，标定温度与电导率的变化关系，构建检测平台

先测量感温探头的温度、电导率，并记录感温探头阻抗；再采用曲线拟合方法对感温探头的温度与电导率的变化关系进行标定；最后基于该变化关系，在计算机上构建检测平台；

S3，测温

启动所述非接触式测温装置，开始进行检测工作，所述检测电路将测量得到的检测线圈的交流阻抗信息传送给计算机，所述计算机的检测平台计算出感温探头的电导率，并利用步骤S2中标定好的温度与电导率的变化关系反演推导出感温探头的实时温度。

优选地，在步骤S2中，采用多项式曲线拟合方法标定温度与感温探头电导率的变化关系，所述多项式曲线拟合方法包括如下步骤：

S201，利用接触式测温方法测量出被测设备内部的实际温度，用电导率检测仪测出感温探头电导率，同时记录检测线圈的阻抗信息；

S202，重复步骤S201，测量多组数据，对各个温度点进行参数标定，得到理想工况下感温探头电导率、阻抗与温度的关系曲线，采用最小二乘法推导多项式拟合函数。

或者，在步骤S2中，采用GA-BP神经网络曲线拟合方法标定温度与感温探头电导率的变化关系，所述GA-BP神经网络曲线拟合方法包括如下步骤：

S211，构建包括输入层、隐含层和输出层的BP神经网络模型；

S212，采集检测线圈的阻抗信息以及感温探头的温度和电导率；

S213，使用步骤S212中采集到的数据对BP神经网络模型进行训练，建立检测线圈阻抗信息与感温探头电导率、温度的关系。

与传统的测温方法与装置相比，本发明所涉基于材料电导率-温度特性的非接触式测温方法与装置的测量精度和灵敏度都较高。本发明主要是利用非铁磁性金属在不同温度下电导率会发生变化的特性来实现非接触式测温，整个测温过程简单、易操作，能够有效避免容器内部复杂的环境影响测温结果。具体而言，本发明利用高频信号发生电路产生高频信号，驱动检测线圈产生交变电磁场，在感温探头表面形成涡流场，反作用于检测线圈产生的原磁场，从而改变检测线圈的交流阻抗，检测电路再测量检测线圈的交流阻抗，计算机则根据检测电路传送的数据计算出感温探头的电导率，再利用预先标定好的温度与电导率的变化关系反演推导出感温探头的实时温度。在本发明中，装置的各项参数得到了优化，导磁磁芯靠近于感温探头，减小了空气漏磁，使磁场聚集性更好，检测电路将测量到的阻抗信息进行了放大、滤波等处理，同时线圈阻抗变化与电导率对数线性相关，这可有效提高装置检测灵敏度和精确度。总而言之，本发明所涉非接触式测温方法与装置，不仅检测灵敏度高，测量准确，抗干扰能力强，且不易受到被测设备内部环境的影响，能有效避免接触式测温方法存在的装置易损、老化等问题，保证了装置的的使用寿命，降低了装置的维修成本。

附图说明

图1是本发明实施方式中金属钨电阻率与温度关系曲线示意图；

图2是本发明所涉非接触式测温装置的结构示意图；

图3是本发明所涉非接触式测温方法的流程图；

图4是本发明所涉非接触式测温装置中检测电路的结构框图；

图5是本发明实施方式中非接触式测温装置安装在回转窑上时的截面示意图。

附图标记为：

1——电源模块 2——高频信号发生电路 3——检测电路

4——计算机 5——检测线圈 6——导磁磁芯

7——感温探头 8——钢板 9——钢板孔

10——耐火内衬孔 11——耐火内衬

31——放大电路 32——信号处理电路

33——滤波电路 34——数据传输电

321——响应信号分离电路 322——幅值相位提取电路。

具体实施方式

为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例与附图对本发明作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本发明的限定。

由前述背景技术可知，检测金属电导率可以实现非接触式测温。目前检测金属电导率主要采用涡流检测技术，但是主要应用在金属材料种类、合金成分的鉴别，以及材料硬度及机械性能的判别。鉴于本发明提出的技术问题，本发明人构思可以利用材料电导率进行非接触式测温，其大致的设计思路为：将一种电导率-温度特性曲线稳定的非铁磁性金属作为感温探头固定在待测设备内部，直接与待测温度场接触，利用涡流检测技术直接测量非铁磁性金属电导率变化，再根据电导率-温度特性曲线反演温度(值得注意的是，温度检测范围取决于所选择非铁磁性金属的高温特性)，具体的实现方法如下。

一种检测精度和灵敏度高的基于材料电导率-温度特性的非接触式测温装置，包括：电源模块1、高频信号发生电路2、感温探头7、导磁磁芯6、检测线圈5、检测电路3和计算机4。

电源模块1：电源模块1分别与高频信号发生电路2、检测电路3连接，用于给高频信号发生电路2和检测电路3供电，本实施方式中的测温装置固定在回转窑上，因此电源模块1也背负在回转窑上，由于回转窑工作时处于转动状态，所以电源模块1不能带线挂载，只能作为独立电源进行供电。高频信号发生电路2和检测电路3所需功率较小，本发明提供两种可选方案，一是采用蓄电池作为电源模块1挂载在回转窑上，功率要求低时可选用稳压器进行降压，该方案优点是安装方便，缺点是需要时常更换充电；二是采用无线充电方式作为电源模块1进行供电，该方案实时保证供电，但成本高，安装不便。因此在实际应用过程中可根据实际需求选择电源供电方式。

高频信号发生电路2：高频信号发生电路2用于产生20～50KHz的高频正弦信号供给检测线圈5，激励频率是影响检测线圈阻5抗变化的重要因素，但不是检测的对象，非铁磁性材料的电导率发生变化，若改变工作频率，阻抗变化的幅度和相位将不同，这种特性对于识别检测因素、抑制噪声非常重要。在选择检测线圈5激励频率时，有两点要求，一是使检测因素(电导率)变化时产生最大的阻抗变化，二是使检测因素与其他干扰因素所引起的阻抗变化之间有最大的相位差。在本实施方式中，优选地，高频信号发生电路2的激励频率为20kHz。

感温探头7：要实现回转窑测温，测温材料必须要硬度高，以避免设备内材料的磨损，如回转窑内物料，保证使用寿命，且材料要耐高温，具有较高的熔点，在高温下具有稳定的物理、化学性能，另外，材料要具有较好的导热性能，能快速反映待测环境实际温度及温度变化，减小温度测量的时间滞后。鉴于此，如图1所示，本实施方式中的感温探头7为一采用金属钨制作而成的圆柱体，金属钨的电阻率与温度呈正比关系，随着温度的升高，电阻率增大，电导率是电阻率的倒数，因此金属钨的电导率与温度呈非线性关系，电阻率与温度具有良好的线性关系，便于温度标定。金属钨的硬度大，不易磨损，使用寿命长，钨的熔点较高，适合在高温中应用，因此可将金属钨作为感温探头7的选择之一。感温探头7的尺寸与检测线圈5内外径相关，金属中磁场的幅值随着深度的增加而作指数衰减，根据渗透深度，当金属的厚度大于渗透深度的4倍，金属平面的最大长度大于检测线圈5直径的5倍时，在此区域外不论金属的形状、参数如何，检测线圈5阻抗测量值不变，以此作为感温探头7几何形状、尺寸的确定依据(感温探头7平面的最大长度大于检测线圈5直径的5倍，厚度大于渗透深度的4倍，感温探头7需快速测温，测量的时间常数与感温探头7的厚度和材料性质有关，因此厚度不能太厚)。

导磁磁芯6：在大型设备中应用时由于感温探头7与检测线圈5间距过大，可以借助耐高温磁芯进行导磁，减少空气漏磁，因此，本实施方式提供的测温装置包括采用耐高温软磁材料制作而成的导磁磁芯6。导磁磁芯6的一端缠绕检测线圈5，另一端靠近感温探头7，与感温探头7间隔一定距离，避免温度过高影响导磁性能。优选地，导磁磁芯6选择耐高温软磁材料HiperCo27合金，导磁磁芯6的直径为50～60mm，优选为55mm，长度视实际回转窑内衬厚度而定，增大与物料、空气接触面积，减小磁阻。HiperCo27合金是Fe-Co-Cr软磁合金，具有极高的延展性和韧性，最高工作温度达到870℃，能够在高温环境下保持良好的导磁性能和较低的磁滞损耗，可以增强原磁场的聚集性，使感温探头7表面的磁场强度足够大，导磁磁芯6的选择对装置检测结果的准确度有很大影响。

检测线圈5：检测线圈5为一个绝对式探头线圈，采用漆包线制作而成，检测电路3通过直接测量检测线圈5阻抗的变化反映检测因素。检测线圈5的两根引出线同时连接高频信号发生电路2与检测电路3，分别用作驱动和阻抗检测。检测线圈5高度大，匝数少，呈长筒状，通入指定频率交流电，产生稳定的交变磁场，磁感线直接或经磁芯导磁6后到达感温探头7表面，并在感温探头7中形成阻碍原磁场变化的涡流场，从而反作用于检测线圈5产生的原磁场，改变检测线圈5的交流阻抗。值得一提的是，检测线圈5是材料电导率检测的重要传感器件，其性能好坏直接影响检测的效果，检测线圈5各项参数包括线圈线径、匝数、线圈高度、磁芯直径、磁芯长度与直径，这些都会影响装置的测量结果及装置的灵敏度，因此，我们应视应用场景以及从检测线圈5的灵敏度、信噪比、分辨率和抗干扰能力方面确定最优参数。

一般而言，检测线圈5的线径为0.8～1.2mm，能够承受5～10A交流电流；检测线圈5的匝数为1000～2000匝，增大产生的磁场，线圈匝数不宜过高，避免整体阻抗过大削弱磁场，同时避免线圈体积过大，受到窑壁钢板涡流的影响，使得灵敏度下降；检测线圈5的长度为60～100mm，内径为50～60mm，检测线圈5与被测材料之间耦合的紧密程度和检测线圈5的长径比(L/R，L是检测线圈5的长度，R是检测线圈5的半径)有关，选择此长径比磁场聚集性好。

优选地，检测线圈5的线径为1.0mm，匝数为1500匝，长度为80mm，内径为55mm。

需要提出说明的是，正弦电流源激励的检测线圈5位于半无限大非磁性导体平面上方，检测线圈5的对称轴与导体平面垂直，忽略位移电流，有导体和无导体时检测线圈5交流阻抗的变化关系满足以下式子：

k＝R₁/R₂，h＝H/R₂，u＝U/R₂

式中：ω——检测线圈5激励角频率；

μ₀——真空的磁导率；

σ——被测材料的电导率；

W——检测线圈5总匝数；

R₁，R₂——检测线圈5外径、内径；

U，H——检测线圈5高度、提离高度；

J₁(a)——第一类一阶贝塞尔函数；

对于非磁性导体而言，检测线圈5交流阻抗变化与上式各参数有关，当激励电流强度、频率、检测距离和被测对象尺寸确定后，检测线圈5的阻抗仅与被测对象的电导率有关，二者呈单值函数关系：

ΔZ＝F(σ)

检测电路3：检测电路3由依次电连接的放大电路31、信号处理电路32、滤波电路33和数据传输电路34组成，信号处理电路32包括响应信号分离电路321和幅值相位提取电路322，放大电路31的输入端与检测线圈5电连接，放大电路31首先对检测线圈5的微弱检测信号进行放大，响应信号分离电路321再将放大后的检测信号分为两个不同电压信号后输送给幅值相位提取电路322，幅值相位提取电路322则将该两个不同电压信号转换为可以代表线圈阻抗信息的幅值差信号和相位差信号，滤波电路33再对两路信号进行滤波处理，一是为了提高设备的抗干扰能力，消除电路内部噪声干扰，二是为了在信号处理中抑制不需要的检测噪声，如检测线圈5运动引起的震动噪声，最后通过数据传输电路34将处理后的检测信号传输到计算机4上进行处理，数据传输电路34与计算机4之间可以采用数据端口传输或无线传输方式。

计算机4：计算机4实时接收检测线圈5阻抗信息，在计算机4中构建检测平台，调用预先设置好的算法反演电导率、温度，实时记录温度、电导率的变化趋势，以便进行控制、预警、工况分析等功能设计。

在使用上述基于材料电导率-温度特性的非接触式测温装置时，参照如下方法进行安装，以直接还原用回转窑应用为例：

如图5所示，将基于材料电导率-温度特性的非接触式测温装置安装在回转窑上前，需先在回转窑的钢板8外壁上开孔，形成钢板孔9，钢板孔9尽可能大，减少钢板8上产生的电涡流对检测结果的影响，必要时可以在钢板孔9周围安装磁饱和装置，克服钢板8磁导率对检测的影响，然后在回转窑的耐火内衬11中间打孔，形成耐火内衬孔10。安装时，将感温探头7安装在耐火内衬孔10的孔口位置，与窑内气体充分接触，同时保证设备内部密封性；将导磁磁芯6嵌装于耐火内衬孔10中，且使导磁磁芯6的上端靠近于感温探头7，导磁磁芯6的下端从耐火内衬孔10及钢板孔9中穿出，检测线圈5紧密缠绕于导磁磁芯6的下部，如此可以有效避免因设备震动使检测线圈5与感温探头7之间的距离发生改变而造成检测误差。

该基于材料电导率-温度特性的非接触式测温装置的工作原理如下：

安装好装置后，启动装置，开始进行检测工作，电源模块1为高频信号发生电路2和检测电路3供电，高频信号发生电路2产生高频信号，驱动检测线圈5产生交变电磁场，在感温探头7表面形成涡流场，反作用于检测线圈5产生的原磁场，从而改变检测线圈5的交流阻抗，检测电路3测量检测线圈5的交流阻抗信息并将其传送给计算机4，计算机4的检测平台计算出感温探头7的电导率，并利用预先标定好的温度与电导率的变化关系反演推导出感温探头7的实时温度。

作为本发明的另一面，一种基于材料电导率-温度特性的非接触式测温方法，包括如下步骤：

S1，安装

参照前述非接触式测温装置的安装方法将装置安装在待测设备上，设置好电源模块1和高频信号发生电路2的基本参数。

S2，标定温度与电导率的变化关系，构建检测平台

先测量感温探头7的温度、电导率，并记录感温探头7阻抗；再采用曲线拟合方法对感温探头7的温度与电导率的变化关系进行标定；最后基于该变化关系，在计算机4上构建检测平台。

对于该步骤中的曲线拟合方法，本发明提出了一种多项式曲线拟合方法，即在测量之前，先利用接触式测温方法测量出被测设备内部的实际温度，用电导率检测仪测出感温探头7电导率，同时记录检测线圈5的阻抗信息，重复该步骤，测量多组数据，对各个温度点进行参数标定，得到理想工况下感温探头7电导率、阻抗与温度的关系曲线。接着根据预先标定的温度与电导率特性关系曲线，采用最小二乘法推导出相关的多项式拟合函数。

除此之外，本发明还提出了一种基于GA-BP神经网络曲线拟合方法，BP神经网络是一种基于梯度下降法的多层前馈神经网络，以目标的负梯度方向对参数进行调整，通过反向传播不断调整网络的权值和阈值，使网络的误差平方和最小。BP网络的设计需要确定神经元的特性和网络的输入层、隐含层、输出层以及各层之间的传输函数。理论上一个三层的BP神经网络足以逼近任意的非线性函数，为了避免网络过大、学习速度慢、迭代步数过长等缺陷，本发明中使用的输入层个数少，采用三层的BP神经足以对实验数据进行拟合，三层BP神经网络的拓扑结构包括输入层、隐含层和输出层，层与层之间采用全连接方式，各神经元与下一层所有的神经元连接，同一层单元之间不存在互相连接，输入层的神经元数由输入数据变量个数决定。本发明以检测线圈5的电阻、电抗值作为输入节点，输入层节点数为2，以感温探头7的电导率作为输出节点，建立检测线圈5阻抗信息与电导率的关系，再建立电导率与温度的关系；或是以感温探头7的电导率、温度作为输出节点，建立检测线圈5阻抗信息与电导率、温度的关系。

由于BP算法的学习速率是固定的，因此网络收敛速度慢，训练时间长，甚至可能使权值收敛到误差平面的局部最小值而不是全局最小值，因此使用遗传算法优化BP神经网络，使用遗传算法优化每一层的权值和偏置值不断进化的过程，在算法迭代过程中，权值和偏置值会发生突变交叉等变化，通过搜索一组最优的权值和阈值并给到BP神经网络中，使结果最终趋向于误差的全局最小值，能够减少收敛步数，提高训练效果。与多项式拟合方法相比，采用基于GA-BP神经网络曲线拟合方法，该方法灵活性好、实时性强、测量精度更高，具有较强的实用性，更符合现代工业生产的需求。

曲线拟合完成后，在计算机4上构建检测平台，即可对设备进行温度检测。

另外，对于不同设备中的应用，由于检测线圈5参数不同，所使用的标定数据不同，可对常用设备进行数据采集、参数标定、构建数据库，通过检测平台的设置调用不同设备的参数以实现测量，从而提高本发明所述装置的普适性。

S3，测温

启动非接触式测温装置，开始进行检测工作，高频信号发生电路2产生高频信号，驱动检测线圈5产生交变电磁场，在感温探头7表面形成涡流场，反作用于检测线圈5产生的原磁场，从而改变检测线圈5的交流阻抗，检测电路3测量检测线圈5的交流阻抗信息并将其传送给计算机4，计算机4的检测平台计算出感温探头7的电导率，并利用步骤S2中标定好的温度与电导率的变化关系反演推导出感温探头7的实时温度。

上述实施例为本发明较佳的实现方案，除此之外，本发明还可以其它方式实现，在不脱离本技术方案构思的前提下任何显而易见的替换均在本发明的保护范围之内。

为了让本领域普通技术人员更方便地理解本发明相对于现有技术的改进之处，本发明的一些附图和描述已经被简化，并且为了清楚起见，本申请文件还省略了一些其他元素，本领域普通技术人员应该意识到这些省略的元素也可构成本发明的内容。

Claims (10)

1.一种基于材料电导率-温度特性的非接触式测温装置，其特征在于：包括电源模块(1)、高频信号发生电路(2)、感温探头(7)、检测线圈(5)、检测电路(3)和计算机(4)；

所述电源模块(1)分别与高频信号发生电路(2)、检测电路(3)连接，所述检测线圈(5)分别与高频信号发生电路(2)、检测电路(3)连接，所述检测电路(3)的输出端与计算机(4)连接，所述感温探头(7)为非铁磁性金属，其安装于被测设备内部；

所述电源模块(1)用于给高频信号发生电路(2)和检测电路(3)供电；

所述高频信号发生电路(2)用于产生高频信号，驱动检测线圈(5)产生交变电磁场；

所述检测线圈(5)用于产生交变电磁场，使感温探头(7)表面形成涡流场；

所述检测电路(3)用于测量检测线圈(5)的交流阻抗；

所述计算机(4)用于接收、处理检测电路(3)发送的数据，计算出感温探头(7)的电导率和温度。

2.根据权利要求1所述的基于材料电导率-温度特性的非接触式测温装置，其特征在于：还包括采用耐高温软磁材料制作而成的导磁磁芯(6)，所述检测线圈(5)紧密缠绕于导磁磁芯(6)的一端，所述导磁磁芯(6)的另一端靠近于感温探头(7)。

3.根据权利要求2所述的基于材料电导率-温度特性的非接触式测温装置，其特征在于：所述检测电路(3)包括依次电连接的放大电路(31)、信号处理电路(32)、滤波电路(33)和数据传输电路(34)；所述放大电路(31)的输入端与检测线圈(5)电连接，所述数据传输电路(34)的输出端与计算机(4)电连接或无线连接；

所述放大电路(31)用于将检测线圈(5)的检测信号进行放大；

所述信号处理电路(32)包括响应信号分离电路(321)和幅值相位提取电路(322)，所述响应信号分离电路(321)用于将检测线圈(5)的检测信号分为两个不同电压信号后输送给幅值相位提取电路(322)，所述幅值相位提取电路(322)用于将该两个不同电压信号转换为可以代表线圈阻抗信息的幅值差信号和相位差信号；

所述滤波电路(33)用于对幅值差信号和相位差信号进行滤波处理；

所述数据传输电路(34)用于将滤波处理后的信号传输到计算机(4)上。

4.根据权利要求3所述的基于材料电导率-温度特性的非接触式测温装置，其特征在于：所述检测线圈(5)的线径为0.8～1.2mm，匝数为1000～2000匝，长度为60～100mm，内径为50～60mm，所述检测线圈(5)采用漆包线制作而成。

5.根据权利要求4所述的基于材料电导率-温度特性的非接触式测温装置，其特征在于：所述导磁磁芯(6)采用HiperCo27合金，所述导磁磁芯(6)的直径为50～60mm。

6.根据权利要求5所述的基于材料电导率-温度特性的非接触式测温装置，其特征在于：所述高频信号发生电路(2)的激励频率为20～50kHz。

7.根据权利要求6所述的基于材料电导率-温度特性的非接触式测温装置，其特征在于：所述检测线圈(5)的线径为1.0mm，匝数为1500匝，长度为80mm，内径为55mm，所述导磁磁芯(6)的直径为55mm，所述高频信号发生电路(2)的激励频率为20kHz。

8.一种基于材料电导率-温度特性的非接触式测温方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1，安装

在被测设备上安装如权利要求1-9中任意一项所述的非接触式测温装置，设置电源模块(1)和高频信号发生电路(2)的基本参数；

S2，标定温度与电导率的变化关系，构建检测平台

先测量感温探头(7)的温度、电导率，并记录感温探头(7)阻抗；再采用曲线拟合方法对感温探头(7)的温度与电导率的变化关系进行标定；最后基于该变化关系，在计算机(4)上构建检测平台；

S3，测温

启动所述非接触式测温装置，开始进行检测工作，所述检测电路(3)将测量得到的检测线圈(5)的交流阻抗信息传送给计算机(4)，所述计算机(4)的检测平台计算出感温探头(7)的电导率，并利用步骤S2中标定好的温度与电导率的变化关系反演推导出感温探头(7)的实时温度。

9.根据权利要求8所述的基于材料电导率-温度特性的非接触式测温装置，其特征在于：在步骤S2中，采用多项式曲线拟合方法标定温度与感温探头(7)电导率的变化关系，所述多项式曲线拟合方法包括如下步骤：

S201，利用接触式测温方法测量出被测设备内部的实际温度，用电导率检测仪测出感温探头(7)电导率，同时记录检测线圈(5)的阻抗信息；

S202，重复步骤S201，测量多组数据，对各个温度点进行参数标定，得到理想工况下感温探头(7)电导率、阻抗与温度的关系曲线，采用最小二乘法推导多项式拟合函数。

10.根据权利要求8所述的基于材料电导率-温度特性的非接触式测温方法，其特征在于，在步骤S2中，采用GA-BP神经网络曲线拟合方法标定温度与感温探头(7)电导率的变化关系，所述GA-BP神经网络曲线拟合方法包括如下步骤：

S211，构建包括输入层、隐含层和输出层的BP神经网络模型；

S212，采集检测线圈(5)的阻抗信息以及感温探头(7)的温度和电导率；

S213，使用步骤S212中采集到的数据对BP神经网络模型进行训练，建立检测线圈(5)阻抗信息与感温探头(7)电导率、温度的关系。

Images