基于磁导率的非接触式测温及物料成分检测装置与方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于磁导率的非接触式测温及物料成分检测装置与方法，实现非接触式测温和物料成分检测。基于磁导率的非接触式测温及物料成分检测装置包括交流电源、激励线圈、检测线圈、高通滤波模块、微弱信号检测模块和计算机。检测方法包括以下步骤：首先安装设备并设置电源参数，然后对物料磁导率与温度、物料成分的关系进行实验标定，建立相关曲线并推导出相关拟合函数，最后采用计算机输出检测数据，实现对物料温度和成分的测定，另一种方法区别在于在实验标定后还利用深度学习的方法构建数据库和深度学习模型。本发明专利技术提供的检测装置与方法能够在不受容器内部复杂环境的影响、不干扰物料本身特性的同时，实现非接触式测温和物料成分检测。式测温和物料成分检测。式测温和物料成分检测。

【技术实现步骤摘要】
基于磁导率的非接触式测温及物料成分检测装置与方法


[0001]本专利技术属于测温领域和物料成分检测
，尤其涉及一种基于磁导率的非接触式测温及物料成分检测装置与方法。

技术介绍

[0002]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。
[0003]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。
[0004]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与温度特性之间关系进行测温的技术。在直接还原用回转窑工况中，铁矿石磁导率随冶炼时间的变化而变化，铁矿中通常含有大量的Fe2O3，Fe3O4等，不同温度下被不同程度还原成铁，在这个过程中铁矿石成分的变化导致磁导率随之发生变化。当窑内的温度不接近材料的居里温度时，铁磁性材料的相对磁导率受温度影响较小，而物料成分改变对磁导率的影响较大，因此可以根据窑内物料磁导率的变化来判断回转窑对应点的温度，同时根据物料磁导率的实际值来判断该处铁矿的还原程度和含铁量，借此控制窑内温度和提高炼铁的效率。
[0005]目前常用于物料成分检测的方法主要是化学分析法、仪器分析法和铁磁性测量法，化学分析法利用化学方法分析物料成分含量，仪器分析法利用光学原理对所测射线的变化进行分析，但不能进行实时快速测量，且不能测量正处于工况中的物料。铁磁性测量法是物料检测方法中一种利用被测对象电磁特性与物料成分含量之间关系进行检测的技术，主要针对铁磁性材料，具有非接触、实时的特性，在不改变物料本身的同时能够进行快速准确的测量，具有较为广阔的应用前景。
[0006]目前针对直接还原用回转窑内物料磁导率检测的方法和仪器还没有相关的研究，磁导率的检测大多是对金属进行测定，距离较近，且装置较小，虽然精度很高，但利用磁导率进行非接触式测温和物料成分检测的研究还很少。

技术实现思路

[0007]为了达到上述目的，本专利技术实施例提供了一种基于磁导率的非接触式测温及物料成分检测装置，能够检测出物料在不同时刻、不同位置下的含铁量等成分变化；能够检测物料的磁导率变化；检测结果灵敏度高，测试过程简单，装置安装便捷，能够不受容器内部复杂环境的影响，不干扰物料本身特性，实现非接触式测温和物料成分检测。
[0008]本专利技术实施例还提供了两种基于磁导率的非接触式测温及物料成分检测方法。
[0009]为达到以上技术目的至少其中一个，本专利技术所采用的一个技术方案是，提供了一
种基于磁导率的非接触式测温及物料成分检测装置，包括交流电源、激励线圈、U型磁轭、检测线圈、高通滤波模块、微弱信号检测模块和计算机；所述交流电源为工频大功率交流电源，交流电源正负极分别连接激励线圈两端的引出线；所述激励线圈与检测线圈分别位于U型磁轭两端并缠绕在U型磁轭上；所述高通滤波模块与检测线圈输出端连接，用于对检测信号进行高通滤波；所述微弱信号检测模块与高通滤波模块输出端相连，用以感应电压信号的幅值相位信息；所述计算机和微弱信号检测模块输出端相连，通过数据端口或无线传输接收微弱信号检测模块传递的数据。
[0010]进一步地，所述微弱信号检测模块基于锁相放大技术设计而成，由前置放大电路、信号调节电路、调谐放大电路、相敏检波电路、低通滤波电路和相位变换电路组成；所述前置放大电路输出端与调谐放大电路输入端相连；所述调谐放大电路、信号调节电路输出端均与相敏检波电路输入端相连；所述相敏检波电路输出端与低通滤波电路输入端相连；所述低通滤波电路输出端与相位变换电路输入端相连。
[0011]进一步地，所述基于磁导率的非接触式测温及物料成分检测装置还包括磁芯，所述磁芯为低频耐高温磁芯，安装于被测设备内部，位于检测装置与物料之间；所述磁芯的直径为50～60mm；所述磁芯的材料为硅钢。
[0012]进一步地，所述激励线圈和检测线圈的线圈选用漆包线，线圈线径为0.8～1.2mm；所述激励线圈匝数为4000～5000匝；所述检测线圈匝数为300～500匝；所述激励线圈和检测线圈线圈高度均为30～40mm；所述激励线圈的激励电流大小为1～2A；所述激励线圈的激励频率为20～50Hz。
[0013]优选的，所述激励线圈和检测线圈的线圈线径均为1.0mm；所述激励线圈匝数为4500匝；所述检测线圈匝数为400匝；所述激励线圈和检测线圈的线圈高度均为35mm；所述激励线圈的激励电流大小为1.5A，激励频率为35Hz。
[0014]本专利技术采用的另一个技术方案是，提供了一种基于磁导率的非接触式测温及物料成分检测装置的非接触式测温和物料成分检测方法，包括以下步骤：
[0015]步骤1：在被检测设备上安装所述基于磁导率的非接触式测温及物料成分检测装置，使待测物料处于U型磁轭上激励线圈和检测线圈所产生的磁场范围之内，然后设置交流电源的基本参数；
[0016]步骤2：对数据进行实验室标定：首先标定温度与物料磁导率变化关系：启动设备，投入物料使其处于正常工况中，利用接触式测温方法测量检测点处实际温度，之后停止设备，待物料冷却后取样并用磁导率检测仪测出物料磁导率，多次测量后对各个检测点进行参数标定，得到物料磁导率与温度的关系曲线，推导拟合函数；接下来对物料成分与磁导率进行标定：取样不同成分物料并用磁导率检测仪测出其磁导率，多次测量后对各个检测点进行参数标定，得到物料磁导率与成分之间的关系曲线，推导出拟合函数；
[0017]步骤3:实验室标定完成后，在计算机上构建检测平台：利用QT软件设计图形界面，包括磁导率变化曲线窗口、温度监控曲线窗口和物料成分曲线窗口，从输入数据的端口读取微弱信号检测模块的数据，调用之前得到的物料磁导率与温度的关系曲线和物料磁导率与成分之间的拟合函数与关系曲线，即可计算出被测对象温度和物料成分。
[0018]本专利技术采用的又一个技术方案是，提供了一种基于磁导率的非接触式测温及物料成分检测装置的非接触式测温和物料成分检测方法，包括以下步骤：
[0019]步骤一：在被检测设备上安装所述基于磁导率的非接触式测温及物料成分检测装置，使待测物料处于U型磁轭上激励线圈和检测线圈所产生的磁场范围之内，然后设置交流电源的基本参数。
[0020]步骤二：采用深度学习网络对检测信号进行处理：首先采集数据构建数据集：将标定方法中得到的物料磁导率、物料成分和温度组成的2D张量作为目标，把数据集的一部分作为训练数据，另一部分作为验证数据；然后搭建算法框架：构建网络时设置三个全连接层并将三个全连接层进行简单堆叠，前两个全连接层初始设置每层有64个单元，选择relu函数作为激活函数，最后一层全连接层设置一个单元，不进行激活；编译网络时，优化器选择rmsprop本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于磁导率的非接触式测温及物料成分检测装置，其特征在于，包括交流电源(1)、激励线圈(2)、U型磁轭(3)、检测线圈(4)、高通滤波模块(5)、微弱信号检测模块(6)和计算机(7)；所述交流电源(1)为工频大功率交流电源，交流电源(1)正负极分别连接激励线圈(2)两端的引出线；所述激励线圈(2)与检测线圈(4)分别位于U型磁轭(3)两端并缠绕在U型磁轭(3)上；所述高通滤波模块(5)与检测线圈(4)输出端连接，用于对检测信号进行高通滤波；所述微弱信号检测模块(6)与高通滤波模块(5)输出端相连，用以感应电压信号的幅值相位信息；所述计算机(7)和微弱信号检测模块(6)输出端相连，通过数据端口或无线传输接收微弱信号检测模块(6)传递的数据。2.根据权利要求1所述的基于磁导率的非接触式测温及物料成分检测装置，其特征在于，所述微弱信号检测模块(6)基于锁相放大技术设计而成，由前置放大电路、信号调节电路、调谐放大电路、相敏检波电路、低通滤波电路和相位变换电路组成，所述前置放大电路输出端与调谐放大电路输入端相连；所述调谐放大电路、信号调节电路输出端均与相敏检波电路输入端相连；所述相敏检波电路输出端与低通滤波电路输入端相连；所述低通滤波电路输出端与相位变换电路输入端相连。3.根据权利要求1所述的基于磁导率的非接触式测温及物料成分检测装置，其特征在于，所述基于磁导率的非接触式测温及物料成分检测装置还包括磁芯(8)，所述磁芯(8)为低频耐高温磁芯，安装于被测设备内部，位于检测装置与物料之间；所述磁芯(8)的直径为50～60mm；所述磁芯(8)的材料为硅钢。4.根据权利要求1所述的基于磁导率的非接触式测温及物料成分检测装置，其特征在于，所述激励线圈(2)和检测线圈(4)的线圈选用漆包线，线圈线径为0.8～1.2mm；所述激励线圈(2)匝数为4000～5000匝；所述检测线圈(4)匝数为300～500匝；所述激励线圈(2)和检测线圈(4)线圈高度为30～40mm；所述激励线圈(2)的激励电流大小为1～2A；所述激励线圈(2)的激励频率为20～50Hz。5.根据权利要求4所述的基于磁导率的非接触式测温及物料成分检测装置，其特征在于，所述激励线圈(2)和检测线圈(4)的线圈线径均为1.0mm；所述激励线圈(2)匝数为4500匝；所述检测线圈(4)匝数为400匝；所述激励线圈(2)和检测线圈(4)的线圈高度均为35mm；所述激励线圈(2)的激励电流大小为1.5A，激励频率为35Hz。6.一种如权利要求1
‑
5任一项所述基于磁导率的非接触式测温及物料成分检测装置的非接触式测温和物料成分检测方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：在被检测设备上安装所述基于磁导率的非接触式测温及物料成分检测装置，使待测物料处于U型磁轭(3)上激励线圈(2)和检测线圈(4)所产生的磁场范围之内，然后设置交流电源(1)的基本参数；步骤2：在进行检测时预先对数据进行实验室标定，包括标定温度与物料磁导率变化关系：启动设备，投入物料使其处于正常工况中，利用接触式测温方法测量检测点处实际温度，之后停止设备，待物料冷却后取样并用磁导率检测仪测出物料磁导率，多次测量后对各个检测点进行参数标定，得到物料磁导率与温度的关系曲线，推导拟合函数；接下来对物料成分与磁导率进...

【专利技术属性】
技术研发人员：张小刚，黄德松，陈华，叶恒棣，魏进超，周浩宇，周冰航，王炼红，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：