CN117368328A - 风力发电机叶片的玻璃化转变温度测定方法、装置及系统 - Google Patents

风力发电机叶片的玻璃化转变温度测定方法、装置及系统 Download PDF

Info

Publication number
CN117368328A
CN117368328A CN202311306815.8A CN202311306815A CN117368328A CN 117368328 A CN117368328 A CN 117368328A CN 202311306815 A CN202311306815 A CN 202311306815A CN 117368328 A CN117368328 A CN 117368328A
Authority
CN
China
Prior art keywords
temperature
dose rate
transmittance
fan blade
sample
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202311306815.8A
Other languages
English (en)
Inventor
王强
侯家绪
魏泉泉
胡锋涛
徐亮
魏烁
靳峰
李世涛
马东方
王志永
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
China Resource Power Technology Research Institute
Original Assignee
China Resource Power Technology Research Institute
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by China Resource Power Technology Research Institute filed Critical China Resource Power Technology Research Institute
Priority to CN202311306815.8A priority Critical patent/CN117368328A/zh
Publication of CN117368328A publication Critical patent/CN117368328A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/44—Processing the detected response signal, e.g. electronic circuits specially adapted therefor
    • G01N29/4472—Mathematical theories or simulation
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/04—Analysing solids
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Mathematical Optimization (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Pure & Applied Mathematics (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Mathematical Analysis (AREA)
  • Algebra (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)

Abstract

本发明公开了风力发电机叶片的玻璃化转变温度测定方法、装置及系统，该方法包括：基于冷阴极X射线数字成像技术，采集风机叶片玻璃钢试样在不同温度下的透射线剂量率；根据不同温度对应的透射线剂量率，确定最大透射线剂量率变化率对应的温度值，并将所述温度值作为所述风机叶片玻璃钢试样的玻璃化转变温。本发明基于冷阴极X射线数字成像技术，建立风机叶片玻璃化转变微观组织及性能变化与冷阴极X射线数字成像透射线平均剂量率的定量分析模型，方便、快捷、准确的实现对风机叶片玻璃化转变温度的测定，提高对于风机叶片玻璃化转变温度的测定效率和精度。

Description

风力发电机叶片的玻璃化转变温度测定方法、装置及系统
技术领域
本发明涉及玻璃化转变温度测定技术领域，特别涉及风力发电机叶片的玻璃化转变温度测定方法、装置及系统。
背景技术
风力发电作为一种清洁能源，能有效减少碳排放，而叶片作为风力发电机组中获取风能最为重要的部件之一，对力学稳定性、环境温度适应性的要求很高。当前的主要风力发电机组各机型，均选用以玻璃钢为主体材料的叶片，因而玻璃钢的成形性能成为衡量叶片质量的重要指标。
玻璃化温度作为玻璃钢的重要性能指标之一，直接影响着叶片在非设计环境工况下运行时的稳定性与机组安全，因而在叶片的制造过程中，需要在多个部位多次取样进行玻璃化转变温度的测定，测定合格后方可进行下道工序。所以在叶片的制造过程中，对于固化成形后的叶片基体，取样进行玻璃化转变温度测定的工作量很大，导致整体测定效率较低。
现有技术中，通常采用差示扫描量热分析法进行玻璃化转变温度的测定，即通过监测试样在升温过程中发生吸热量，读取发生突变时的温度作为试样的玻璃化转变温度。但是该方法仍存在一定的缺陷，例如除了要监测试样室的内温度之外，还需要读取试样及参比试物的吸热量并进行计算。并且该方法对仪器的精密度要求很高，且测定玻璃化转变温度时较为费时，在叶片大量生产时工作量很大，导致整体测定效率较低。
现有技术公开了一种风力发电机组叶片玻璃化转变温度的测定装置及方法，其核心是利用弹簧片监测风机叶片在持续升温下发生玻璃化转变时产生的力学松弛，进而转换为电信号。该方案的缺陷在于，测试所用弹簧片本身会随着温度的升高而发生蠕变和松弛现象，弹性模量和切变模量都会相应下降。温度越高弹簧弹性系数就会越低，这对试验结果造成了一定误差，且弹簧片压力对试样存在一定损伤，导致最终的测试结果并不完全可靠。
发明内容
本发明实施例提供了一种风力发电机叶片的玻璃化转变温度测定方法、装置及系统，旨在提高风机叶片玻璃化转变温度的测定效率和精度。
第一方面，本发明实施例提供了一种风力发电机叶片的玻璃化转变温度测定方法，包括：
基于冷阴极X射线数字成像技术，采集风机叶片玻璃钢试样在不同温度下的透射线剂量率；
根据不同温度对应的透射线剂量率，确定最大透射线剂量率变化率对应的温度值，并将所述温度值作为所述风机叶片玻璃钢试样的玻璃化转变温。
第二方面，本发明实施例提供了一种风力发电机叶片的玻璃化转变温度测定装置，包括：
剂量率采集单元，用于基于冷阴极X射线数字成像技术，采集风机叶片玻璃钢试样在不同温度下的透射线剂量率；
温度测定单元，用于根据不同温度对应的透射线剂量率，确定最大透射线剂量率变化率对应的温度值，并将所述温度值作为所述风机叶片玻璃钢试样的玻璃化转变温。
第三方面，本发明实施例提供了一种风力发电机叶片的玻璃化转变温度测定系统，包括试样加热室，所述试样加热室包括：用于放置所述风机叶片玻璃钢试样的加热室外壳和用于检测所述风机叶片玻璃钢试样温度的测温组件；
所述加热室外壳远离所述测温组件的一侧设置有加热组件，所述加热室外壳靠近所述测温组件的一侧开设有检测窗口，所述检测窗口通过一连接件连接所述风机叶片玻璃钢试样。
进一步的，还包括用于向所述风机叶片玻璃钢试样发射X射线的冷阴极X射线源以及用于接收经由风机叶片玻璃钢试样出射X射线的数字成像板，所述冷阴极X射线源和数字成像板1分别设置于所述风机叶片玻璃钢试样的两侧，且所述冷阴极X射线源与一冷阴极X射线控制器连接，所述数字成像板与一信号处理系统连接。
本发明实施例基于基于冷阴极X射线数字成像技术，建立风机叶片玻璃化转变微观组织及性能变化与冷阴极X射线数字成像透射线平均剂量率的定量分析模型，方便、快捷、准确的实现对风机叶片玻璃化转变温度的测定，提高对于风机叶片玻璃化转变温度的测定效率和精度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种风力发电机叶片的玻璃化转变温度测定方法的流程示意图；
图2为本发明实施例提供的一种风力发电机叶片的玻璃化转变温度测定方法的子流程示意图；
图3为本发明实施例提供的一种风力发电机叶片的玻璃化转变温度测定方法中的温度-透射线剂量率参考曲线图；
图4为本发明实施例提供的一种风力发电机叶片的玻璃化转变温度测定系统中试样加热室的结构示意图；
图5为本发明实施例提供的一种风力发电机叶片的玻璃化转变温度测定系统中冷阴极X射线数字成像系统的结构示意图；
图6为本发明实施例提供的一种风力发电机叶片的玻璃化转变温度测定装置的示意性框图；
图7为本发明实施例提供的一种风力发电机叶片的玻璃化转变温度测定装置的子示意性框图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
还应当理解，在此本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。
还应当进一步理解，在本发明说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
下面请参见图1，图1为本发明实施例提供的一种风力发电机叶片的玻璃化转变温度测定方法的流程示意图，具体包括：步骤S101～S103。
S101、基于冷阴极X射线数字成像技术，采集风机叶片玻璃钢试样在不同温度下的透射线剂量率；
S102、根据不同温度对应的透射线剂量率，确定最大透射线剂量率变化率对应的温度值，并将所述温度值作为所述风机叶片玻璃钢试样的玻璃化转变温。
本实施例中，首先通过冷阴极X射线数字成像技术采集风机叶片玻璃钢试样的透射线剂量率，同时记录透射线剂量率对应的温度值，然后根据各温度值对应的透射线剂量率参考曲线来确认最大透射线剂量率变化率，并进一步将其对应的温度值作为风机叶片玻璃钢试样的玻璃化转变温度。
本实施例基于基于冷阴极X射线数字成像技术，建立风机叶片玻璃化转变微观组织及性能变化与冷阴极X射线数字成像透射线平均剂量率的定量分析模型，以克服现有评价手段的弊端，方便、快捷、准确的实现对风机叶片玻璃化转变温度的测定，提高对于风机叶片玻璃化转变温度的测定效率和精度。
材料的玻璃化转变定义为材料在粘流态或高弹态与硬脆的玻璃态之间的可逆变化。高分子材料的玻璃化转变温度(通常称为Tg值)，定义为高分子材料从硬脆的玻璃态转变为柔软的、类似橡胶的高弹态时的温度。玻璃化转变的第一个显著特征是发生热力学参量的变化。从熔融态到固态的变化过程中，系统的一级热力学参量(如体积和焓等)会在熔点温度发生突变。差示扫描量热分析法基于此原理测定玻璃化转变温度。玻璃化转变的第二个显著特征是发生明显的动力学参量的变化。当过冷液体趋向于玻璃转变温度时，黏度随温度发生连续剧烈变化，玻璃由黏性体经黏塑性体、黏弹性体,最终逐渐转变成弹性体。利用弹簧片监测风机叶片在持续升温下发生玻璃化转变时产生的力学松弛基于此原理测定玻璃化转变温度。玻璃化转变第三个显著特征是发生明显的微观组织结构区别。材料的玻璃态与高弹态存在着巨大的微观组织结构区别。处于玻璃态的材料整个分子链和键段都不能运动，只有键长和键角可作微小变化；处于高弹态的材料可以通过单键的内旋转而使键段不断运动，分子链呈卷曲态。由此表现出各种性能区别，如由于玻璃态物质具有统计性均匀结构，表现为各向同性：其折射率、硬度、弹性模数、介电常数等在不同方向上具有相同的数值性质；而高弹态物质则表现为各项异性。
由此可知，风机叶片在高温工况由玻璃态转变为高弹态的结果导致了材料的微观组织结构发生了巨大变化。而无论材料发生何种模式的微观组织结构变化，均可引起材料对透射X射线平均衰减系数的变化，从而导致X射线在底片(成像板)中的透射剂量率的变化。利用此原理，使得基于基于冷阴极X射线数字成像技术来测定玻璃化转变温度成为可能。
本实施例的核心机理是处于玻璃态的风机叶片在高温工况向高弹态转变的过程中导致了叶片材料的微观组织变化。而无论材料发生何种模式的微观组织变化，均可引起材料对透射X射线平均衰减系数的变化，从而导致X射线在底片(成像板)中的透射剂量率的变化，然后利用数字射线技术，建立材料损伤级别微观组织及性能变化与冷阴极X射线数字成像透射线平均剂量率的定量分析模型。
传统射线照相法原理是射线在穿透物体中会与物质发生相互作用，因吸收和散射而使其强度减弱，强度衰减程度取决于物质的衰减系数和射线在物质中的穿越厚度。如果被透照的物体局部存在缺陷或者微观组织发生变化，且构成缺陷或组织变化区域的衰减系数又不同于原试件，该局部区域的透过射线强度就会与周围产生差异。把化学胶片放在适当的位置使其在透过射线的作用下感光，经暗室处理后得到的底片。底片上各点的黑化程度取决于射线照射量，又称曝光量。由于缺陷部位或组织变化区域和完好部位的透射射线强度不同，底片上响应部位就会出现黑度差异，即对比度，把底片放在观光灯上观看，可以看到由对比度构成的不同形状的影像，评片人员据此判断缺陷或组织变化情况。
基于冷阴极X射线数字成像技术从原理与传统射线照相法无异，均是基于由于缺陷部位或组织变化区域和完好部位的对比度不同来评价试件的透射X射线平均衰减系数的变化，核心不同点是采用了数字成像板代替传统化学胶片曝光，所需曝光强度大大减少，并且可得到数字化曝光数据。典型冷阴极X射线数字成像检测系统由冷阴极X射线源、数字成像板(检出器)、控制器及平板电脑构成。冷阴极X射线源主要采用针叶树型碳纳米构造的冷阴极X射线管，检测时，使用控制与升压电路施加高压脉冲使其瞬间激发出X射线，无需预热。该系统配备先进的数字成像板结合图像信号处理等技术，做到即时拍片立刻成像，可快速获取X射线检测结果。目前数字成像板像素间距达到了微米级，和16位A/D转换，为接收信号进行数字处理提供了可能。基于此，本实施例采用冷阴极X射线数字成像技术具有以下四点优势：
第一：冷阴极X射线数字成像技术所需能量小，曝光强度大大减少，不会引起风机叶片玻璃钢材料的劣化以及化学变化，可实现无损、非接触测定，对封闭系统内的风机叶片玻璃钢试样实现完全隔离测定，测定过程对测定结果不产生任何影响。
第二：冷阴极X射线的传输、衰减均与环境温度无关，即系统检测灵敏度不受环境温度影响。
第三：由于采集的信号可转化为数字信号，进而可实现图像处理及数据处理，具有图像实时采集、分析处理功能。因此具备自动调窗、图像裁剪、一键优化等图像处理功能；以及具备尺寸测量、信噪比测量、双丝智能分析、管壁测量、腐蚀测量等图像测量分析功能。
第四：由于采用数字平板直接成像，在两次照射之间，不必更换胶片，仅需要几秒钟的数据采集，就可以观察到图像，检测速度和检测效率大大提高。
由前可知，处于玻璃态的风机叶片在高温工况向高弹态转变的过程中导致了叶片材料的微观组织变化。而叶片材料的微观组织变化会引起透射X射线的散射变化，从而影响X射线在材料中的透射剂量率。
因此，利用冷阴极X射线数字成像技术的上述四大优点，可以应用于风机叶片玻璃化转变温度的无损、非接触测定，通过开发专用测试系统，采用特殊数据处理方法，对风机叶片进行冷阴极X射线数字成像检测，建立风机叶片随温度上升而产生玻璃化转变过程与冷阴极X射线数字成像透射线平均剂量率的对应关系及定量分析模型，方便、快捷、准确的实现风机叶片玻璃化转变温度的测定。
在一实施例中，所述步骤S103包括：
根据不同温度对应的透射线剂量率，构建温度-透射线剂量率参考曲线；
通过作图法选取所述温度-透射线剂量率参考曲线中的最大透射线剂量率变化率；
将所述最大透射线剂量率变化率对应的温度值作为所述风机叶片玻璃钢试样的玻璃化转变温度。
具体的，如图2所示，所述通过作图法选取所述温度-透射线剂量率参考曲线中的最大透射线剂量率变化率，包括：步骤S201～S204。
S201、按照透射线剂量率变化率将所述温度-透射线剂量率参考曲线划分为多个转变区域；其中，所述转变区域包括处于未加热阶段的第一转变区域、从初始温度开始逐渐升温的第二转变区域、从玻璃化转变开始到玻璃化转变结束的第三转变区域以及从玻璃化转变结束到终止温度的第四转变区域；
S202、对多个所述转变区域进行筛选，以保留所述第一转变区域、第二转变区域和第三转变区域，并过滤掉第四转变区域；
S203、分别对所述第一转变区域、第二转变区域和第三转变区域计算透射线剂量率变化率，得到计算结果；
S204、基于所述计算结果，选取最大透射线剂量率变化率。
本实施例中，首先通过不同的温度对应的透射线剂量率构建得到温度-透射线剂量率参考曲线，该温度-透射线剂量率参考曲线以透射线剂量率(I)为纵坐标，以温度(T)为横坐标。如图3所示，温度-透射线剂量率参考曲线可按照透射线剂量率变化率分为四个转变区域：
第Ⅰ区域(即所述第一转变区域)为未加热阶段，测试温度为初始温度，试样保持为初始玻璃态，试样的透射线剂量率为初始恒定值(I0)，图中表现为一条水平直线。
第Ⅱ区域(即所述第二转变区域)从初始温度开始逐渐升温，直至试样开始发生玻璃化转变；此时试样逐步开始发生微观组织结构改变，试样的透射线剂量率开始发生变化(I1)，图中表现为由直线开始向曲线转变。本实施例设置I1＝1.15I0，在其他实施例中，也可以根据实际场景进行设置。
第Ⅲ区域(即所述第三转变区域)从玻璃化转变开始到玻璃化转变结束；此时试样在不断升温过程中开始发生玻璃化转变，由玻璃态逐渐转变为高弹态，微观组织结构随温度升高不断发生改变，透射线剂量率也随温度升高不断发生改变；由于高弹态的分子键段不断运动，导致分子间距逐渐变大，材料对X射线的吸收也不断变小，表现为试样的透射线剂量率不断增大(I2～I3～I4)，图中表现为一条斜率值由小变大再变小的一条曲线。
第Ⅳ区域(即所述第四转变区域)从玻璃化转变结束到终止温度；此时试样玻璃化转变完成，全部转变为高弹态，在一定温度范围内保持微观组织结构相对稳定，试样的透射线剂量率又基本保持不变(I5)，图中又表现为一条水平直线。该水平线对应的透射剂量率大于第一区域对应值。
在选择保留第一转变区域、第二转变区域和第三转变区域，并过滤掉第四转变区域之后，根据高分子材料的玻璃化转变温度的定义，本实施例取玻璃化转变区域透射线剂量率变化率最大值对应的温度值为该风机叶片玻璃钢试样的Tg值。当然，在其他实施例中，也可以全部保留四个转变区域，并对四个转变区域分别计算透射线剂量率变化率，并从中选取最大的透射线剂量率变化率。
在一实施例中，所述步骤S103还包括：
根据不同温度对应的透射线剂量率，构建温度-透射线剂量率参考曲线；
对所述温度-透射线剂量率参考曲线进行拟合，从拟合后的温度-透射线剂量率参考曲线采集多个样本数据，根据多个所述样本数据构建温度-透射线剂量率拟合公式；
基于所述温度-透射线剂量率拟合公式得到所述风机叶片玻璃钢试样的玻璃化转变温度。
具体的，所述对所述温度-透射线剂量率参考曲线进行拟合，从拟合后的温度-透射线剂量率参考曲线采集多个样本数据，以根据多个所述样本数据构建温度-透射线剂量率拟合公式，包括：
采用最小二乘法对所述温度-透射线剂量率参考曲线进行拟合；
从拟合后的温度-透射线剂量率参考曲线采集多个样本数据，并按照下式构建所述温度-透射线剂量率拟合公式：
I'＝aT2+bT+c
其中，I'表示透射线剂量率的预测值，T表示温度值，a和b分别表示二次幂系数和一次幂系数，c为常数。
进一步的，所述对所述温度-透射线剂量率参考曲线进行拟合，从拟合后的温度-透射线剂量率参考曲线采集多个样本数据，以根据多个所述样本数据构建温度-透射线剂量率拟合公式，还包括：
通过所述温度-透射线剂量率拟合公式计算得到透射线剂量率的预测值Ii'，并获取所述预测值对应的真实值Ii；
按照下式构建误差平方和公式：
其中，S(a，b，c)表示误差平方和，Ii表示第i个透射线剂量率的真实值，Ii'表示第i个透射线剂量率的预测值，n表示n个样本数据；
所述基于所述温度-透射线剂量率拟合公式得到所述风机叶片玻璃钢试样的玻璃化转变温度，包括：
利用多个所述样本数据对所述误差平方和公式进行偏导计算，得到二次幂系数a、一次幂系数b和常数c；
对所述温度-透射线剂量率拟合公式进行二阶求导，并将求导结果作为最大透射线剂量率变化率对应的温度值。
本实施例中，首先根据各温度的透射线剂量率构建得到温度-透射线剂量率参考曲线，接着通过最小二乘法对该温度-透射线剂量率参考曲线进行曲线拟合，例如以I1、I5取两端极值，并以(I5-I1)/4为步进取中间值，即I1、I2＝[I1+(I5-I1)/4]、I3＝[I1+(I5-I1)/2]、I4＝[I1+3(I5-I1)/4]、I5，曲线上采集对应的温度值T1～T5。
然后，从曲线上采集的(Ti，Ii)5组数据(T1，I1)，(T2，I2)，(T3，I3)，(T4，I4)，(T5，I5)得出温度(T)－透射线剂量率(I)拟合函数公式：I'＝aT2+bT+c。
通过上述拟合函数公式可以得到对应的预测值I1、I2、I3、I4、I5。同时，由于上述拟合函数公式是一个近似关系，那么预测出的值I'与实际会存在一定的误差(Si)，即Si＝Ii-Ii′，i＝1，2，3，4，5，Ii为预测值Ii′对应的真实值。
基于此，记误差平方和为S(a，b，c)，并构建误差平方和公式为：
根据最小二乘法，利用上面采集的(Ti，Ii)5组数据，求出S对a，b，c的偏导并令其为零，进而可以得出a，b，c的值，带入到上述拟合函数公式中，得到具有明确系数及常数的温度(T)－透射线剂量率(I)拟合函数公式。随后对得到的拟合函数公式在T1～T5范围内二阶求导，可得出透射线剂量率变化率最大值Im对应的温度值，即该风机叶片玻璃钢试样的Tg值。
在一实施例中，所述步骤S101包括：
控制冷阴极X射线数字成像系统对所述述风机叶片玻璃钢试样发射X射线，并将经过透照能量产生衰减与散射的X射线转化为模拟信号；
获取所述冷阴极X射线数字成像系统转化形成的模拟信号；
对所述模拟信号进行模数转换，得到对应的数字信号，并将所述数字信号作为所述透射线剂量率。
本实施例中，首先选择适当的冷阴极X射线数字成像系统，该系统具体可以包括冷阴极X射线源、数字成像板(检出器)、控制器及处理终端等。同时对检测系统的参数(例如曝光参数等)进行设置，以得到最佳检测灵敏度。然后利用冷阴极X射线数字成像检测系统对风机叶片玻璃钢试样进行射线透射及曝光数据处理，获得初始透射线剂量率。
此外，还可以开发一种适用于冷阴极X射线数字成像技术的风机叶片玻璃化转变温度测定用试样加热室。该试样加热室为封闭系统，可实现测定试样完全隔离。该试样的红外测温仪可通过窗口镜实时非接触采集试样温度。例如利用试样加热室中的热电阻对试样加热室内的风机叶片玻璃钢试样进行持续线性加热，在此过程中同时利用冷阴极X射线数字成像检测系统对风机叶片玻璃钢试样进行持续等能量射线透射。从而便能够通对冷阴极X射线数字成像检测系统采集的不同温度下风机叶片玻璃钢试样曝光数据自动处理，得出对应的透射线剂量率，开发温度-透射线剂量率参考曲线
如图4所示，本发明实施例还提供了一种风力发电机叶片的玻璃化转变温度测定系统，包括试样加热室，所述试样加热室包括：用于放置所述风机叶片玻璃钢试样3的加热室外壳1和用于检测所述风机叶片玻璃钢试样3温度的测温组件2；
所述加热室外壳1远离所述测温组件2的一侧设置有加热组件，所述加热室外壳1靠近所述测温组件2的一侧开设有检测窗口4，所述检测窗口4通过一连接件5连接所述风机叶片玻璃钢试样3。
本实施例所述的试样加热室包括加热室外壳1、测温组件2、检测窗口4以及加热组件等，其中，测温组件2具体可以为红外测温仪，加热室外壳1具体可以为有机玻璃加热室外壳1，其靠近红外测温仪的一侧开设有红外窗口，风机叶片玻璃钢试样通过一连接件5(例如吊挂绳等)设置在红外窗口上。所述加热组件具体可以包括加热电阻6和电源8，以及用于连通加热电阻6和电源8的电源线7等。同时，本实施例还将风机叶片玻璃钢试样3制备为长方体试样，以便获得均匀图像，具体的，长方体试样的厚度取5mm，长方体试样的直径取20mm。当然，在其他实施例中，也可以制备其他样式、尺寸的试样。
现有测温元件分为接触式和非接触式，目前非接触红外测温仪在技术上得到迅速发展，性能不断完善，功能不断增强，品种不断增多，适用范围也不断扩大。比起接触式测温方法，红外测温有着响应时间快、非接触、使用安全及使用寿命长等优点。其原理为：一切温度高于绝对零度的物体都在不停地向周围空间发出红外辐射能量。物体的红外辐射能量的大小及其波长的分布与它的表面温度有着十分密切的关系。因此，通过对物体自身辐射的红外能量的测量，便能准确地测定它的表面温度。红外测温仪由光学系统、光电探测器、信号放大器及信号处理、显示输出等部分组成。光学系统汇聚其视场内的目标红外辐射能量，视场的大小由测温仪的光学零件及其位置确定。红外能量聚焦在光电探测器上并转变为相应的电信号。该信号经过放大器和信号处理电路，并按照仪器内疗的算法和目标发射率校正后转变为被测目标的温度值。
在需要温度控制的试样加热室，红外测温仪需通过红外窗口进行观测。红外窗口材料必须有足够的强度并能通过所用测温仪的工作波长范围，因此要选择合适的安装位置和窗口材料，避免相互影响。在低温测量应用中，通常用Ge或SI材料作为窗口，不透可见光，人眼不能通过窗口观察目标。如操作员需要通过窗口目标，应采用既透红外辐射又透过可见光的光学材料，如应采用既透红外辐射又透过可见光的光学材料，如ZnSe或BaF2等作为窗口材料。
硒化锌(ZnSe)是一种适用范围很广的红外材料，它的通光带宽可从0.6-20微米。它对红外光的吸收率低，并且可见光也可透过。以硒化锌为材料制作的窗口、透镜、棱镜等，在红外光学系统中应用非常广泛。
基于以上因素，本实施例选用RAYTEK MX2红外测温仪作为温度测试仪器，选用硒化锌作为红外窗口材料。
进一步的，结合图5，所述风力发电机叶片的玻璃化转变温度测定系统还包括冷阴极X射线数字成像系统，所述冷阴极X射线数字成像系统包括用于向所述风机叶片玻璃钢试样3发射X射线的冷阴极X射线源9以及用于接收经由风机叶片玻璃钢试样3出射X射线的数字成像板10，所述冷阴极X射线源9和数字成像板10分别设置于所述风机叶片玻璃钢试样3的两侧，且所述冷阴极X射线源9与一冷阴极X射线控制器11连接，所述数字成像板10与一信号处理系统12连接。
本实施例中，所述的冷阴极X射线数字成像系统包括冷阴极X射线源9和数字成像板10，以及冷阴极X射线源9控制器和信号处理系统12(例如计算机处理器)等等。在这里，考虑到目前数字成像板像素间距均达到了微米级，和16位A/D转换，为接收信号进行数字处理提供了可能。并且由于数字成像板(检出器)的质量直接影响数字成像系统的极限分辨率和灵敏度，而目前存在的数字成像板有碘化铯/非晶硅型和非晶硒型。其中碘化铯/非晶硅型是采用先进的碘化铯荧光材料与非晶硅平板直接耦合的技术。其原理是X线先经荧光介质材料转换成可见光，再由光敏元件将可见光信号转换成电信号，最后将模拟电信号经A/D转换成数字信号。而非晶硒型成像原理是X射线撞击硒层，硒层直接将X射线转化成电信号。同时由于本实施例需要对采集数据进行数字直接采集与处理，因此本实施例选用直接成像的非晶硒型数字成像板。
在通过冷阴极X射线数字成像系统采集透射线剂量率时，首先启动冷阴极X射线源9，并对其调整曝光参数，然后使X射线通过准直器发出，并以固定的测试条件按照试样的厚度方向照射风机叶片玻璃钢试样3。X射线在试样内会发生光电效应、康普顿效应、电子对效应等，这些效应相互之间产生作用，使X射线透照能量产生衰减与散射，然后经数字成像板10接收后将透照后的X射线能量转化成电信号传至信号处理系统12。信号处理系统12对模拟信号进行转换处理，输出数字化图像并显示。
由于曝光参数、试样形状、试样厚度等外部条件均相同，风机叶片玻璃钢试样3的透射线剂量率只与其玻璃化转变引起的微观组织及内在性能有关，而其玻璃化转变又随着试样加热室温度升高而进行。因此通过设置唯一的变量为加热温度，即可建立透射线剂量率与温度的单值对应关系。
图6为本发明实施例提供的一种风力发电机叶片的玻璃化转变温度测定装置600的示意性框图，该装置600包括：
剂量率采集单元601，用于基于冷阴极X射线数字成像技术，采集风机叶片玻璃钢试样在不同温度下的透射线剂量率；
温度测定单元602，用于根据不同温度对应的透射线剂量率，确定最大透射线剂量率变化率对应的温度值，并将所述温度值作为所述风机叶片玻璃钢试样的玻璃化转变温。
在一实施例中，所述温度测定单元602包括：
第一曲线构建单元，用于根据不同温度对应的透射线剂量率，构建温度-透射线剂量率参考曲线；
作图测定单元，用于通过作图法选取所述温度-透射线剂量率参考曲线中的最大透射线剂量率变化率；
第一温度值设置单元，用于将所述最大透射线剂量率变化率对应的温度值作为所述风机叶片玻璃钢试样的玻璃化转变温度。
在一实施例中，所述温度测定单元602还包括：
第二曲线构建单元，用于根据不同温度对应的透射线剂量率，构建温度-透射线剂量率参考曲线；
拟合测定单元，用于对所述温度-透射线剂量率参考曲线进行拟合，从拟合后的温度-透射线剂量率参考曲线采集多个样本数据，根据多个所述样本数据构建温度-透射线剂量率拟合公式；
第二温度值设置单元，用于基于所述温度-透射线剂量率拟合公式得到所述风机叶片玻璃钢试样的玻璃化转变温度。
在一实施例中，所述剂量率采集单元601包括：
射线发射单元，用于控制冷阴极X射线数字成像系统对所述述风机叶片玻璃钢试样发射X射线，并将经过透照能量产生衰减与散射的X射线转化为模拟信号；
信号获取单元，用于获取所述冷阴极X射线数字成像系统转化形成的模拟信号；
信号转换单元，用于对所述模拟信号进行模数转换，得到对应的数字信号，并将所述数字信号作为所述透射线剂量率。
在一实施例中，如图7所示，所述作图测定单元包括：
区域划分单元701，用于按照透射线剂量率变化率将所述温度-透射线剂量率参考曲线划分为多个转变区域；其中，所述转变区域包括处于未加热阶段的第一转变区域、从初始温度开始逐渐升温的第二转变区域、从玻璃化转变开始到玻璃化转变结束的第三转变区域以及从玻璃化转变结束到终止温度的第四转变区域；
区域筛选单元702，用于对多个所述转变区域进行筛选，以保留所述第一转变区域、第二转变区域和第三转变区域，并过滤掉第四转变区域；
剂量率计算单元703，用于分别对所述第一转变区域、第二转变区域和第三转变区域计算透射线剂量率变化率，得到计算结果；
剂量率选取单元704，用于基于所述计算结果，选取最大透射线剂量率变化率。
在一实施例中，所述拟合测定单元包括：
曲线拟合单元，用于采用最小二乘法对所述温度-透射线剂量率参考曲线进行拟合；
样本采集单元，用于从拟合后的温度-透射线剂量率参考曲线采集多个样本数据，并按照下式构建所述温度-透射线剂量率拟合公式：
I'＝aT2+bT+c
其中，I'表示透射线剂量率的预测值，T表示温度值，a和b分别表示二次幂系数和一次幂系数，c为常数。
在一实施例中，所述拟合测定单元还包括：
系数计算单元，用于通过所述温度-透射线剂量率拟合公式计算得到透射线剂量率的预测值Ii'，并获取所述预测值对应的真实值Ii；
公式构建单元，用于按照下式构建误差平方和公式：
其中，S(a，b，c)表示误差平方和，Ii表示第i个透射线剂量率的真实值，Ii'表示第i个透射线剂量率的预测值，n表示n个样本数据；
所述第二温度值设置单元包括：
偏导计算单元，用于利用多个所述样本数据对所述误差平方和公式进行偏导计算，得到二次幂系数a、一次幂系数b和常数c；
二阶计算单元，用于对所述温度-透射线剂量率拟合公式进行二阶求导，并将求导结果作为最大透射线剂量率变化率对应的温度值。
由于装置部分的实施例与方法部分的实施例相互对应，因此装置部分的实施例请参见方法部分的实施例的描述，这里暂不赘述。
说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以对本申请进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本申请权利要求的保护范围内。
还需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的状况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

Claims (10)

1.一种风力发电机叶片的玻璃化转变温度测定方法，其特征在于，包括：
基于冷阴极X射线数字成像技术，采集风机叶片玻璃钢试样在不同温度下的透射线剂量率；
根据不同温度对应的透射线剂量率，确定最大透射线剂量率变化率对应的温度值，并将所述温度值作为所述风机叶片玻璃钢试样的玻璃化转变温。
2.根据权利要求1所述的风力发电机叶片的玻璃化转变温度测定方法，其特征在于，所述根据不同温度对应的透射线剂量率，确定最大透射线剂量率变化率对应的温度值，并将所述温度值作为所述风机叶片玻璃钢试样的玻璃化转变温，包括：
根据不同温度对应的透射线剂量率，构建温度-透射线剂量率参考曲线；
通过作图法选取所述温度-透射线剂量率参考曲线中的最大透射线剂量率变化率；
将所述最大透射线剂量率变化率对应的温度值作为所述风机叶片玻璃钢试样的玻璃化转变温度。
3.根据权利要求1所述的风力发电机叶片的玻璃化转变温度测定方法，其特征在于，所述根据不同温度对应的透射线剂量率，确定最大透射线剂量率变化率对应的温度值，并将所述温度值作为所述风机叶片玻璃钢试样的玻璃化转变温，还包括：
根据不同温度对应的透射线剂量率，构建温度-透射线剂量率参考曲线；
对所述温度-透射线剂量率参考曲线进行拟合，从拟合后的温度-透射线剂量率参考曲线采集多个样本数据，根据多个所述样本数据构建温度-透射线剂量率拟合公式；
基于所述温度-透射线剂量率拟合公式得到所述风机叶片玻璃钢试样的玻璃化转变温度。
4.根据权利要求1所述的风力发电机叶片的玻璃化转变温度测定方法，其特征在于，所述基于冷阴极X射线数字成像技术，采集风机叶片玻璃钢试样在不同温度下的透射线剂量率，包括：
控制冷阴极X射线数字成像系统对所述述风机叶片玻璃钢试样发射X射线，并将经过透照能量产生衰减与散射的X射线转化为模拟信号；
获取所述冷阴极X射线数字成像系统转化形成的模拟信号；
对所述模拟信号进行模数转换，得到对应的数字信号，并将所述数字信号作为所述透射线剂量率。
5.根据权利要求2所述的风力发电机叶片的玻璃化转变温度测定方法，其特征在于，所述通过作图法选取所述温度-透射线剂量率参考曲线中的最大透射线剂量率变化率，包括：
按照透射线剂量率变化率将所述温度-透射线剂量率参考曲线划分为多个转变区域；其中，所述转变区域包括处于未加热阶段的第一转变区域、从初始温度开始逐渐升温的第二转变区域、从玻璃化转变开始到玻璃化转变结束的第三转变区域以及从玻璃化转变结束到终止温度的第四转变区域；
对多个所述转变区域进行筛选，以保留所述第一转变区域、第二转变区域和第三转变区域，并过滤掉第四转变区域；
分别对所述第一转变区域、第二转变区域和第三转变区域计算透射线剂量率变化率，得到计算结果；
基于所述计算结果，选取最大透射线剂量率变化率。
6.根据权利要求3所述的风力发电机叶片的玻璃化转变温度测定方法，其特征在于，所述对所述温度-透射线剂量率参考曲线进行拟合，从拟合后的温度-透射线剂量率参考曲线采集多个样本数据，以根据多个所述样本数据构建温度-透射线剂量率拟合公式，包括：
采用最小二乘法对所述温度-透射线剂量率参考曲线进行拟合；
从拟合后的温度-透射线剂量率参考曲线采集多个样本数据，并按照下式构建所述温度-透射线剂量率拟合公式：
I'＝aT2+bT+c
其中，I'表示透射线剂量率的预测值，T表示温度值，a和b分别表示二次幂系数和一次幂系数，c为常数。
7.根据权利要求6所述的风力发电机叶片的玻璃化转变温度测定方法，其特征在于，所述对所述温度-透射线剂量率参考曲线进行拟合，从拟合后的温度-透射线剂量率参考曲线采集多个样本数据，以根据多个所述样本数据构建温度-透射线剂量率拟合公式，还包括：
通过所述温度-透射线剂量率拟合公式计算得到透射线剂量率的预测值Ii'，并获取所述预测值对应的真实值Ii；
按照下式构建误差平方和公式：
其中，S(a，b，c)表示误差平方和，Ii表示第i个透射线剂量率的真实值，Ii'表示第i个透射线剂量率的预测值，n表示n个样本数据；
所述基于所述温度-透射线剂量率拟合公式得到所述风机叶片玻璃钢试样的玻璃化转变温度，包括：
利用多个所述样本数据对所述误差平方和公式进行偏导计算，得到二次幂系数a、一次幂系数b和常数c；
对所述温度-透射线剂量率拟合公式进行二阶求导，并将求导结果作为最大透射线剂量率变化率对应的温度值。
8.一种风力发电机叶片的玻璃化转变温度测定装置，其特征在于，包括：
剂量率采集单元，用于基于冷阴极X射线数字成像技术，采集风机叶片玻璃钢试样在不同温度下的透射线剂量率；
温度测定单元，用于根据不同温度对应的透射线剂量率，确定最大透射线剂量率变化率对应的温度值，并将所述温度值作为所述风机叶片玻璃钢试样的玻璃化转变温。
9.一种风力发电机叶片的玻璃化转变温度测定系统，其特征在于，包括试样加热室，所述试样加热室包括：用于放置所述风机叶片玻璃钢试样的加热室外壳和用于检测所述风机叶片玻璃钢试样温度的测温组件；
所述加热室外壳远离所述测温组件的一侧设置有加热组件，所述加热室外壳靠近所述测温组件的一侧开设有检测窗口，所述检测窗口通过一连接件连接所述风机叶片玻璃钢试样。
10.根据权利要求9所述的风力发电机叶片的玻璃化转变温度测定系统，其特征在于，还包括冷阴极X射线数字成像系统，所述冷阴极X射线数字成像系统包括用于向所述风机叶片玻璃钢试样发射X射线的冷阴极X射线源以及用于接收经由风机叶片玻璃钢试样出射X射线的数字成像板，所述冷阴极X射线源和数字成像板分别设置于所述风机叶片玻璃钢试样的两侧，且所述冷阴极X射线源与一冷阴极X射线控制器连接，所述数字成像板与一信号处理系统连接。
CN202311306815.8A 2023-10-10 2023-10-10 风力发电机叶片的玻璃化转变温度测定方法、装置及系统 Pending CN117368328A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202311306815.8A CN117368328A (zh) 2023-10-10 2023-10-10 风力发电机叶片的玻璃化转变温度测定方法、装置及系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202311306815.8A CN117368328A (zh) 2023-10-10 2023-10-10 风力发电机叶片的玻璃化转变温度测定方法、装置及系统

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN117368328A true CN117368328A (zh) 2024-01-09

Family

ID=89388527

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202311306815.8A Pending CN117368328A (zh) 2023-10-10 2023-10-10 风力发电机叶片的玻璃化转变温度测定方法、装置及系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN117368328A (zh)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20060232675A1 (en) Thermal imaging system and method
TW200403781A (en) System and process for calibrating temperature measurement devices in thermal processing chambers
TW440686B (en) Method for determining a temperature and radiation thermometer with multiple infrared sensor elements
US20170122810A1 (en) Method and device for the photothermic investigation of a sample
JP2635992B2 (ja) 微粒子測定装置
EP0425229A1 (en) High temperature sensor
CN117368328A (zh) 风力发电机叶片的玻璃化转变温度测定方法、装置及系统
JP2008014959A (ja) コーティング部材の界面欠陥検査方法
CN108761577B (zh) 基于积分球的前向散射能见度仪外场检定装置及方法
EP0112343A1 (en) Procedure and means for measuring the degree of cross-linking of plastics
JP3793844B1 (ja) 耐候光試験機用風速計及びそれを用いた耐候光試験機
CN112611746A (zh) 一种对于材料微区的吸收光谱检测装置及检测方法
CN113739911A (zh) 一种光辐照强度的测量方法及装置
KR101595707B1 (ko) 펄스 적외선 열화상 기법을 이용한 박판의 결함깊이 측정방법
CN117368329A (zh) 一种玻璃化转变温度测定方法、装置及系统
US20210096090A1 (en) Method for characterising and monitoring the homogeneity of metal parts manufactured by laser sintering
CN214749784U (zh) 一种对于材料微区的吸收光谱检测装置
CN113176282B (zh) 基于冷阴极x射线数字成像技术的材料损伤级别检测方法
JPS63201536A (ja) 光フアイバ線引装置用紫外線照射器の紫外線照度測定器
Ottaviani et al. Light reflection from water waves: Suitable setup for a polarimetric investigation under controlled laboratory conditions
JP3388284B2 (ja) 耐候光性試験装置
Gao et al. Design and research of non-contact Optical density measuring device
JPS63182528A (ja) 光フアイバ線引装置用紫外線照射器の紫外線照度測定器
CN221037749U (zh) 光伏板测温系统的定标装置
Freeman et al. Reflectance of laser-damaged spacecraft thermal control materials

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination