1.一种基于黑体点在线校准的红外辐射铝合金板温度场测量方法,其特征在于,其包括以下步骤:
步骤1:在铝合金板(6)表面完全喷涂黑体材料,利用陶瓷电炉(8)对所述铝合金板(6)加热,设置红外热像仪(1)的发射率为1,通过所述红外热像仪(1)和热电偶测温仪(2)获得所述铝合金板(6)的温度,根据所述铝合金板(6)的温度标定所述黑体材料的发射率;
步骤2:根据所述步骤1获得的黑体材料的发射率和回归分析,获得铝合金板(6)的温度场,具体步骤为:
步骤21:采用所述步骤1的黑体材料在所述铝合金板(6)的上表面喷涂黑体点(4),所述黑体点(4)的数量为M,所述M大于等于8且小于等于32,所述黑体点(4)包括第一组和第二组,所述第一组和第二组的黑体点分别等间距分布在两条直线上,所述两条直线与所述铝合金板(6)上表面的两条相互平行的边平行,所述第一组的黑体点与所述铝合金板(6)上表面的两条相互平行的边中的一条边距离为10‑30mm,所述第二组的黑体点与所述铝合金板(6)上表面的两条相互平行的边中的另一条边距离为10‑30mm;在所述铝合金板(6)的上表面设置与所述黑体点(4)一一对应的匹配测点(9),所述黑体点(4)与所述一一对应的匹配测点(9)的距离为1‑5mm,在所述铝合金板(6)的两个相互平行的侧面上设置M个盲孔,所述两个相互平行的侧面与所述第一组的黑体点所在的直线平行,将M个热电偶探针(7)的第一端分别固定在所述M个盲孔内,所述M个热电偶探针(7)的第二端连接热电偶测温仪(2);
步骤22:在所述步骤21中的铝合金板(6)上方设置红外热像仪(1),设置所述红外热像仪(1)的发射率为所述步骤1获得的黑体材料的发射率;
步骤23:将所述步骤21中的铝合金板(6)水平放置在陶瓷电炉(8)上,采用所述陶瓷电炉(8)对所述铝合金板(6)的下表面加热,加热温度范围为起始温度325K,终止温度625K,加热方式为按照25K步长加热;通过所述红外热像仪(1)获得所述铝合金板(6)上表面黑体点(4)的温度和匹配测点(9)的温度,通过所述热电偶测温仪(2)获得所述铝合金板(6)侧面的M个盲孔位置的温度;
步骤24:将所述步骤23获得的黑体点(4)的温度、匹配测点(9)的温度输入计算机(3)中并利用回归分析分别构造所述黑体点(4)所在层的温度场和所述匹配测点(9)所在层的温度场;
步骤25:根据所述步骤24获得的黑体点(4)所在层的温度场和匹配测点(9)所在层的温度场,获得所述匹配测点(9)所在层的温度场中与所述黑体点(4)对应位置的温度TL,计算所述步骤23获得的黑体点(4)的温度与温度TL的差值δ,根据所述黑体点(4)所在层的温度场和匹配测点(9)所在层的温度场,获得校正系数α和γ;根据所述差值δ、校正系数α和γ获得所述步骤23加热温度范围内的校正公式:Ta=Tb+α+γ*δ
式中:Ta为校正后温度;Tb为校正前温度;
根据所述校正公式,将所述匹配测点(9)所在层的温度场作为Tb进行校正,获得校正后的铝合金板(6)的温度场。
2.根据权利要求1所述的基于黑体点在线校准的红外辐射铝合金板温度场测量方法,其特征在于,所述步骤23中采用陶瓷电炉(8)对铝合金板(6)的下表面加热的区域为所述铝合金板(6)下表面的全部区域。
3.根据权利要求1所述的基于黑体点在线校准的红外辐射铝合金板温度场测量方法,其特征在于,所述铝合金板(6)的下表面划分为面积相同的两个区域,所述两个区域包括A1区域和A2区域,所述A1区域和A2区域的分界线与所述铝合金板(6)的一组侧面垂直,所述步骤23中采用陶瓷电炉(8)对铝合金板(6)的下表面加热的区域为所述A1区域。
4.根据权利要求1所述的基于黑体点在线校准的红外辐射铝合金板温度场测量方法,其特征在于,所述步骤1标定黑体材料的发射率,具体包括以下步骤:步骤11:将所述铝合金板(6)表面完全喷涂黑体材料,所述铝合金板(6)的两个相互平行的侧面各设置N个盲孔,所述N大于等于2小于等于16,将2N个热电偶探针(7)的第一端分别固定在所述2N个盲孔内,所述2N个热电偶探针(7)第二端连接一个热电偶测温仪(2);
步骤12:在所述铝合金板(6)上方设置红外热像仪(1),设置所述红外热像仪(1)的发射率为1;
步骤13:将所述铝合金板(6)水平放置在陶瓷电炉(8)上,采用所述陶瓷电炉(8)对所述铝合金板(6)的下表面加热,加热的区域为所述铝合金板(6)下表面的全部区域,加热温度范围为起始温度325K,终止温度625K,加热方式为按照25K步长加热;通过所述红外热像仪(1)获得所述铝合金板(6)上表面的2N个测点(5)的平均温度Tr,通过所述热电偶测温仪(2)获得所述铝合金板(6)侧面的2N个盲孔位置的平均温度T0;
步骤14:根据所述步骤13获得的温度Tr和温度T0,标定所述铝合金板(6)表面完全喷涂的黑体材料的发射率,获得所述黑体材料的发射率。
5.根据权利要求4所述的基于黑体点在线校准的红外辐射铝合金板温度场测量方法,其特征在于,所述步骤14中标定所述铝合金板(6)的表面完全喷涂的黑体材料的发射率ε为:
式中:Tu为环境温度;n为常数,取值为4.09。
6.根据权利要求4所述的基于黑体点在线校准的红外辐射铝合金板温度场测量方法,其特征在于,所述步骤14标定所述铝合金板(6)的表面完全喷涂的黑体材料的发射率为:调节红外热像仪(1)的发射率,当红外热像仪(1)获得的所述铝合金板(6)上表面的2N个测点(5)的平均温度Tr与通过热电偶测温仪(2)获得的所述铝合金板(6)侧面的2N个盲孔位置的平均温度T0一致时,红外热像仪(1)的发射率为标定的黑体材料的发射率。
7.根据权利要求4所述的基于黑体点在线校准的红外辐射铝合金板温度场测量方法,其特征在于,所述步骤11中盲孔的直径为2.5mm,所述盲孔的深度为25mm。
8.根据权利要求1所述的基于黑体点在线校准的红外辐射铝合金板温度场测量方法,其特征在于,所述步骤21中黑体点(4)中的黑体点的形状为圆柱形,所述黑体点的半径为
7mm,所述黑体点的高度为0.6mm。
9.根据权利要求1所述的基于黑体点在线校准的红外辐射铝合金板温度场测量方法,其特征在于,所述步骤24的回归分析采用因变量y与自变量x1,x2,…,xj,…,xm线性相关的回归模型:
y=b0+b1x1+…bjxj+…+bmxm+ε式中:xj为第j个自变量;bj为第j个回归系数;ε为误差项;m为自变量的数量;
将所述步骤23获得的黑体点(4)的温度和匹配测点(9)的温度作为因变量y,所述黑体点(4)和匹配测点(9)的坐标作为自变量xj,将所述回归模型中的因变量y用n个时刻的温度测量值表示为n维回归模型:
式中:εi为第i时刻的误差;xij为第i时刻第j个自变量;yi为第i时刻的温度;
将所述n维回归模型用矩阵形式表示为n维回归模型矩阵:对所述n维回归模型矩阵进行简化获得简化后的回归模型:Y=XB+ε
式中:Y为因变量yi的集合;X为自变量xij的集合;B为回归系数bj的集合;
计算所述简化后的回归模型的误差项的数学期望和协方差使其满足正态分布:E(ε)=0
2
Cov(ε)=σI
2
式中:E(ε)为误差项的数学期望;Cov(ε)为误差项的协方差;I为常数;σ为误差项的方差;
应用最小二乘法,获得所述B的预测值 为:T T T
式中:Lxx=X·X;Lxy=X·Y;X为X的转置运算;
根据所述B的预测值 获得回归系数中常数项B0为:式中:为Y的平均值; 为X的平均值;
根据所述回归系数中常数项B0和回归模型获得回归分析构造的温度场。