CN115290193A - 一种高温运动反光件的连续测温模型构建方法及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种高温运动反光件的连续测温模型构建方法及其应用，属于辐射高温测定法技术领域。所述构建方法包括以下步骤：构建基于多对由第一信号数据与第二信号数据构成的数据对的线性函数式2；将第三信号数据作为参数X代入式1中，求得所述高温运动反光件的实时温度Y。本发明采用的高温运动反光件的连续测温模型构建方法，解决了现有测温手段中，高温运动反光件运动速度过高难以检测、高温运动反光件本身反射性强以及外界光源和热源影响的问题。
Description
技术领域
本发明涉及辐射高温测定法技术领域，具体来讲，涉及一种高温运动反光件的连续测温模型构建方法及其应用。
背景技术
目前对于高温运动反光件温度的检测主要有三种方法：第一种是多波长红外温度计，精度高但价格昂贵，且不适合测量300℃以下的物体；第二种是感温贴纸，需要手动将贴纸粘在运行的带钢上，操作不便有危险，而且检测精度较差，也不能够实现连续测量，还会对涂层表面形成损伤；第三种属于非直接检测，比如钝化涂层工艺中，通过使用热电偶检测烘箱中气体的温度来间接估算烘干后带钢的温度，精度差，非常依赖于操作工的经验。
公开号为US9664567B2、公开日为2017.05.30的美国专利将辐射强度传感器附接到有轨电车的下方，该辐射传感器能够测量以不同的波长从铁轨的区段的表面发射的辐射的强度，获得该区段的表面的发射率-波长关系。并根据发射率-温度-辐射强度的关系获得轨道段的表面温度。该方法易受到外界条件的干扰，使检测结果精度差。
公开号为CN111014290A、公开日为2020.04.17的专利选用单波长红外测温仪并固定发射率，以冷轧带钢和冷轧机组辊子的切点处为带钢温度测量点，冷轧带钢和冷轧机组辊子的切点处的狭小区域是冷轧带钢向外辐射红外能量的聚集区，通过测量此区域的红外辐射能量就能间接测出带钢的红外辐射能量，进而测出冷轧带钢温度。但这种方法只关注到此区域的红外辐射能量，未关注到外界其他光源、热源等因素对测试环境对带钢温度检测的影响。
公开号为CN114719988A、公开日为2022.07.08的专利提供一种可靠的层流冷却过程中带钢表面温度测量装置，通过双层高速扩散旋转气流将带钢表面的大量冷却水和水汽吹开，形成一块无水区域，并利用高速低温干燥气体和冷却水，控制内部测温腔的温度和湿度，将红外测温探头安装在测温腔的顶部进行温度测量。该专利针对带钢表面具有大量的冷却水、水汽等影响红外测温精度的情况。未涉及高温运动反光件运动速度过高难以检测、高温运动反光件本身反射性强以及外界光源和热源影响的问题。
发明内容
发明人经分析发现：对于高温运动反光件的温度检测，面临的主要问题有：①反光件处于高速运动状态，速度最高达200m/min，不适用接触式测温，而且在涂覆工艺中，接触式测温会给涂层带来损伤。②反光件表面反射性强，红外测温易受到车间内其它光源和热源影响；③反光件温度范围较低，在400℃以下，能够满足该测温范围的多波长或双波长测温计产品较少。
本发明一方面提供了一种高温运动反光件的连续测温模型构建方法，所述构建方法包括以下步骤：
构建基于多对由第一信号数据与第二信号数据构成的数据对的线性函数式2。
将第三信号数据作为参数X代入式1中，求得所述高温运动反光件的实时温度Y，其中，
所述式1为
；
所述式2为
；
其中，Yij表示第一信号数据，对应于能够实现接触测温的第一测温仪对标定样的测温数据，所述标定样具有与所述高温运动反光件相同的规格，且被静止地设置在所述高温运动反光件的邻近位置。Xi表示第二信号数据，对应于能够实现非接触测温的第二测温仪在第一测温状态下的测温数据，其中，所述第二测温仪在所述第一测温状态下对准并测量所述标定样的温度，以获得第二信号数据，并在第二状态下对准和测量所述高温运动反光件的温度，得到第三信号数据。i表示数据对的序号，为自然数且在j值确定的情况下，从1遍历至n，n不小于2。j表示根据光照强度确定的编号，为自然数且能够从1遍历至m，m不小于1。a为斜率，bj为第j编号的纵轴截距。
本发明另一方面提供一种上述高温运动反光件的连续测温模型构建方法在高速运动的高温钢带的非接触、及时响应和/或准确测温方面的应用。
由于采用了上述技术方案，本发明至少取得以下有益效果：
（1）本发明采用的高温运动反光件的连续测温模型构建方法，解决了现有测温手段中，反光件运动速度过高难以检测、反光件本身反射性强以及外界光源和热源影响的问题。
（2）本发明采用的高温运动反光件的连续测温模型构建方法，精度高，所述测温模型构建方法的误差不超过±2℃。
（3）本发明采用的高温运动反光件的连续测温模型构建方法，通过不断调整bj值，实现了针对特定厂房，不同测试环境条件对高温运动反光件连续温度检测功能。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1示出了本发明在不同光照强度下的热电偶测温值与红外测温值的关系图。
具体实施方式
为了更清楚的阐释本发明的整体构思，下面结合说明书附图以示例的方式进行详细说明。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
另外，在本发明的描述中，需要理解的是，术语 “顶”、“底”、“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接，还可以是通信；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
在本发明的一个实例性实施例中，高温运动反光件的连续测温模型构建方法包括以下步骤：
构建基于多对由第一信号数据与第二信号数据构成的数据对的线性函数式2。
将第三信号数据作为参数X代入式1中，求得所述高温运动反光件的实时温度Y，其中，
所述式1为
；
所述式2为
；
其中，Yij表示第一信号数据，对应于能够实现接触测温的第一测温仪对标定样的测温数据，所述标定样具有与所述高温运动反光件相同的规格，且被静止地设置在所述高温运动反光件的邻近位置。Xi表示第二信号数据，对应于能够实现非接触测温的第二测温仪在第一测温状态下的测温数据，其中，所述第二测温仪在所述第一测温状态下对准并测量所述标定样的温度，以获得第二信号数据，并在第二状态下对准和测量所述高温运动反光件的温度，得到第三信号数据。i表示数据对的序号，为自然数且在j值确定的情况下，从1遍历至n，n不小于2。
j表示根据光照强度确定的编号，为自然数且能够从1遍历至m，m不小于1。例如，1至m可以覆盖不同季节的某一天中的一个或两个以上的光照强度，甚至于覆盖全天的整个生产过程的全部光照强度，以便体现不同季节、不同天气、不同时段对于光线和反光情况的影响。a为斜率，bj为第j编号的纵轴截距。
例如，m可以为特定厂房环境条件下，高温运动反光件（例如，高温运动带钢）生产线所要经历的光照强度的情况数量。根据发明人长期的数据统计和分析，发现：在厂房等环境条件基本确定的情况下，随着自然光照情况（例如，季节或节气、天气情况（阴、晴、雨）、日照时段（早、中、晚））和人工光照情况变化及其对反光件自身表面反光情况的影响，会导致线性函数式模型出现变化，从而影响测量的准确度。因此，为了获得更加准确的测定结果，设置了随光照强度变化的bj，用以反馈和调整因上述自然光照情况和人工光照情况变化及其对表面反光情况的影响。例如，如图1所示，光照强度为1200lux条件下，回归统计分析得到矩形标号的线条；光照强度为1000lux条件下，回归统计分析得到圆形标号的线条；光照强度为600lux条件下，回归统计分析得到菱形标号的线条；光照强度为100lux条件下，回归统计分析得到三角形标号的线条。例如，对于确定厂房环境条件下，如果常用的光照强度为100lux、600lux、1000lux、1200lux四种，则可将j=1与光照强度为100lux关联，将j=2与光照强度为600lux关联，j=3与光照强度为1000lux关联，将j=4与光照强度为1200lux关联，并相应得到b1、b2、b3和b4。例如，图1示出了统计和回归分析的典型情况。从图1可以看出，对于不同的光照强度，纵轴截距bj略有变化，然而，斜率a基本不变，这充分证明本发明线性函数模型和bj微调方式的合理性和准确性。
例如，如图1所示，对于第1编号的光照强度100lux情况，通过针对多对由第一信号数据与第二信号数据构成的数据对（对应于图1的三角形点值，例如，可分别记为（X1，Y11）、（X2，Y21）、（X3，Y31）……（Xi，Yi1））进行线性回归统计分析，能够得到相应线性函数式II，及其斜率a和纵轴截距b1。对于第2编号的光照强度600lux情况，通过针对多对由第一信号数据与第二信号数据构成的数据对（对应于图1的菱形点值，例如，可分别记为（X'1，Y12）、（X'2，Y22）、（X'3，Y32）……（X'i，Yi2））进行线性回归统计分析，能够得到相应线性函数式II，及其斜率a和纵轴截距b2。同理，也可得到相应的线性函数式和b3、b4。在后续使用时，可直接根据确定的光照强度对应相应的光照强度编号，并得到相应的bj，随后在式1中输入第三信号数据对应的温度值X，求得高温运动反光件当前的待测温度值Y。
优选的，所述第一测温仪为接触式精准测温仪；更优选的，所述第一测温仪为热电偶测温仪。
优选的，所述第二测温仪为非接触式测温仪；更优选的，所述第二测温仪为单波长红外测温仪。
所述高温运动反光件的运动速度为200m/min以上；进一步，所述运动速度为400m/min以上。
所述高温运动反光件的温度范围为150~600℃；进一步，所述温度范围为200~400℃。
在本发明的一个示例性实施例中，高温运动反光件的连续测温模型构建方法包括以下步骤：
在待测高温运动反光件的邻近位置，设置一块同规格反光件作为标定样，所述标定样上设置有接触式精准测温仪、以及能够实现在第一状态和第二状态切换的非接触式测温仪。所述非接触式测温仪可以是单波长红外测温仪，所述接触式精准测温仪可以是热电偶测温仪。然而，本发明并不限于此。所述第一状态对准所述标定样，第二状态对准所述高温运动反光件；采用式2对高温运动反光件进行温度检测。
其中，式2为
；
其中，a、bj为与测试环境和反光件本身状态相关的系数；i表示测试序号，为自然数且在j值确定的情况下，从1遍历至n；j表示光照强度的编号，为自然数且能够从1遍历至m。
其中，针对确定的第j编号，采用接触式精准测温仪测量n组标定样的温度Yij，同时，采用移动非接触式测温仪测量所述n组标定样的温度Xi，得到n对针对所述第j编号中的不同时刻的Yij和Xi数据对，且至少有一个数据对对应于所述不同时刻中的某一时刻，对n对中的部分或全部所述数据对进行线性统计回归得到a和所述第j编号的bj；且所述bj值能够随不同编号的光照强度而调整。
在接近待测高温运动反光件的位置，安装一块同规格反光件作为标定样，在生产过程中，因为存在快速的热传递，该标定样温度与待测高温运动反光件温度差会在一个较小的范围内，式2的统计线性模型有一个很高的精度。
发明人表示，不同自然光照情况（例如，季节或节气、天气情况（阴、晴、雨）、日照时段（早、中、晚））和人工光照情况变化及其对表面反光情况的环境条件下，式2中，系数a值基本保持不变，系数bj值变化较大，在连续测温过程中，可通过将bj值设置为随光照强度的变化进行调整来解决上述问题，这能够进一步提高测温的准确性，也能适用于各种不同的高温运动反光件的生产环境条件。
参考图1所示，图1为发明人在不同光照条件下多次对高温运动反光件进行温度检测，例如，这里的高温运动反光件可以是移动镀锌带钢。横坐标为红外测温值，属于第二信号数据，纵坐标为热电偶测温值，属于第一信号数据。参考图1所示，红外测温值与热电偶测温值存在线性关系。进一步证明了高温运动反光件的非接触测温值与接触测温值之间存在稳定的线性关系。
此外，经发明人多次实验分析得到，式2中系数a值是比较稳定的，但bj受不同因素影响较多，本发明通过将bj值设置为随光照强度的变化进行调整，从而能够进一步提高测温的准确性，也能适用于各种不同的高温运动反光件的生产环境条件。
另外，参考图1所示，针对带钢，50℃以上温度检测时，带钢的红外测温值与热电偶测温值线性关系更加精准，所述连续测温模型测得的高温运动反光件的温度值会更加精准。
与直接使用热电偶测温仪对带钢进行测温值进行比较，本发明采用的高温运动反光件的连续测温模型构建方法，精度高，所述测温模型构建方法的误差不超过±2℃，进一步不超过0.1℃。
以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明。对于本领域技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。
Claims (9)
1.一种高温运动反光件的连续测温模型构建方法，其特征在于，所述构建方法包括以下步骤：
构建基于多对由第一信号数据与第二信号数据构成的数据对的线性函数式2；
将第三信号数据作为参数X代入式1中，求得所述高温运动反光件的实时温度Y，其中，
所述式1为
；
所述式2为
；
其中，Yij表示第一信号数据，对应于能够实现接触测温的第一测温仪对标定样的测温数据，所述标定样具有与所述高温运动反光件相同的规格，且被静止地设置在所述高温运动反光件的邻近位置；Xi表示第二信号数据，对应于能够实现非接触测温的第二测温仪在第一测温状态下的测温数据，其中，所述第二测温仪在所述第一测温状态下对准并测量所述标定样的温度，以获得第二信号数据，并在第二状态下对准和测量所述高温运动反光件的温度，得到第三信号数据；i表示数据对的序号，为自然数且在j值确定的情况下，从1遍历至n，n不小于2；j表示根据光照强度确定的编号，为自然数且能够从1遍历至m，m不小于1；a为斜率，bj为第j编号的纵轴截距。
2.根据权利要求1所述的高温运动反光件的连续测温模型构建方法，其特征在于，所述方法在确定的第j编号，通过针对多对由第一信号数据与第二信号数据构成的数据对进行线性回归统计分析，得到所述式2。
3.根据权利要求1所述的高温运动反光件的连续测温模型构建方法，其特征在于，所述标定样与高温运动反光件的邻近距离为2~15mm，进一步，所述邻近距离为5~10mm。
4.根据权利要求1所述的高温运动反光件的连续测温模型构建方法，其特征在于，所述第一测温仪为热电偶测温仪。
5.根据权利要求1所述的高温运动反光件的连续测温模型构建方法，其特征在于，所述第二测温仪为单波长红外测温仪。
6.根据权利要求1所述的高温运动反光件的连续测温模型构建方法，其特征在于，所述高温运动反光件的运动速度为200m/min以上；进一步，所述运动速度为400m/min以上。
7.根据权利要求1所述的高温运动反光件的连续测温模型构建方法，其特征在于，所述高温运动反光件的温度范围为50~400℃；进一步，所述温度范围为100~300℃。
8.根据权利要求1所述的高温运动反光件的连续测温模型构建方法，其特征在于，所述测温模型构建方法的误差不超过±2℃，进一步，不超过0.1℃。
9.一种采用如权利要求1至8中任意一项所述的高温运动反光件的连续测温模型构建方法在高速运动的高温钢带的非接触、快速响应和/或高精度测温方面的应用。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20221104 |
|
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