本发明专利技术公开了一种基于电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。基于电导率的非接触式测温及物料成分检测装置包括交流电源、电能质量分析仪、计算机、检测线圈、线圈磁芯。检测方法包括以下步骤：首先安装设备并设置电源参数，然后对物料电导率与温度、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，然后进行数据输出。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。测温和物料成分检测。测温和物料成分检测。
【技术实现步骤摘要】
基于电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
，尤其涉及一种基于电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，铁矿石电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电导率随之发生变化。当窑内的温度超过材料的居里温度时，铁磁性材料转变成顺磁性材料，即相对磁导率约为1，此时物料的成分变化仅改变自身电导率，因此可以根据窑内物料电导率的变化来判断回转窑对应点铁矿的温度和含铁量。
[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。但是在温度超过物料居里点时，材料变成顺磁性材料，无法通过铁磁性测量法检测物料成分，因此本专利技术提出一种基于电导率的非接触式物料成分检测方法，能够在高温环境下对物料的电导率变化进行检测，进而检测物料的成分变化。
[0006]目前针对直接还原用回转窑内物料电导率检测的方法和仪器还没有相关的研究，电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，但利用电导率进行非接触式测温的研究还很少。
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电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；能够检测物料的电导率变化；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一种基于电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，提供了一种基于电导率的非接触式测温及物料成分检测装置，包括交流电源、电能质量分析仪、计算机、检测线圈、线圈磁芯，所述交流电源为工频大功率交流电源；所述电能质量分析仪的输入端与检测线圈的引出线连接，输出端与计算机连接；所述计算机是普通计算机，通过数据端口与电能质量分析仪输出端连接；所述检测线圈由一个空心线圈和线圈磁芯构成，空心线圈紧密缠绕在线圈磁芯上；所述检测线圈的两根引出线同时连接交流电源与电能质量分析仪，分别用作驱动和阻抗检测；所述线圈磁芯为低频耐高温磁芯。
[0010]进一步地，所述基于电导率的非接触式测温及物料成分检测装置还包括嵌入磁芯，所述嵌入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；所述嵌入磁芯的材料为硅钢，直径为50～60mm。
[0011]进一步地，所述交流电源的电流大小为1～2A，频率为45Hz～55Hz；所述检测线圈绕线选用漆包线，线径为0.8～1.2mm；所述检测线圈的线圈匝数为1000～2000匝；所述检测线圈高度为50～60m；线圈磁芯采用片状硅钢叠成，宽度为50～60mm，长度为90～100mm。
[0012]优选地，所述交流电源的电流大小为1.5A，频率为50Hz；所述检测线圈的线圈线径为1.0mm，线圈匝数为1500匝，线圈高度均为55mm；所述线圈磁芯宽度为55mm，长度为95m。
[0013]本专利技术采用的另一个技术方案是，提供了一种基于电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：
[0014]步骤1：在被检测设备上安装本专利技术所述装置，使待测物料处于检测线圈所产生的磁场范围之内，设置交流电源的基本参数；
[0015]步骤2：在进行检测之前预先对数据进行实验室标定：首先标定温度与物料电导率变化关系，启动设备，投入物料使其处于正常工况中，可利用接触式测温方法测量检测点出实际温度，同时记录线圈阻抗信息。之后停止设备，待物料冷却后取样并用电导率检测仪测出物料电导率，多次测量后对各个检测点进行参数标定，得到理想工况下物料电导率、阻抗与温度的关系曲线，推导拟合函数；同理，接下来对物料成分与电导率的变化关系进行标定，取样不同成分物料并测出其电导率，进行标定后得到物料电导率、阻抗与成分之间的关系曲线，推导出拟合函数；
[0016]步骤3：首先在计算机上构建检测平台：利用QT软件设计图形界面，包括电导率变化曲线窗口、阻抗变化曲线窗口、温度监控曲线窗口和物料成分曲线窗口；然后投入物料进行测量，从输入数据的端口接收阻抗信息，调用之前得到的物料电导率、阻抗与温度的拟合函数和物料电导率、阻抗与成分之间的拟合函数，计算出被测对象温度和物料成分，即可对设备进行物料、温度检测。
[0017]本专利技术采用的又一个技术方案是，提供了一种基于电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：
[0018]步骤一：在设备上安装本专利技术所述装置，使待测物料处于检测线圈所产生的磁场范围之内，设置交流电源的基本参数；
[0019]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，数据的特征只有一个，即阻抗信号，数据的类型为2D张量，将物料电导率、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；
[0020]然后搭建算法框架，网络构建时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，最后一个全连接层只有一个单元，不进行激活；编译网络时，优化器选择rmsprop优化器，选择mse损失函数，即预测值与目标值之差的平方，用来评价模型的预测值和真实值的差异程度，衡量当前任务是否成功完成，然后以平均绝对误差作为训练过程中的监控指标；
[0021]编译完成后在训练集上训练模型并在验证集上验证评估模型，采用K折交叉验证训练模型的可靠性：将数据划分为K个分区，实例化K个相同的模型，将每个模型在K
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【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于电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)、电能质量分析仪(2)、计算机(3)、检测线圈(4)、线圈磁芯(5)，所述交流电源(1)为工频大功率交流电源；所述电能质量分析仪(2)的输入端与检测线圈(4)的引出线连接，输出端与计算机(3)连接；所述计算机(3)通过数据端口与电能质量分析仪(2)输出端连接；所述检测线圈(4)由一个空心线圈和线圈磁芯(5)构成，空心线圈紧密缠绕在线圈磁芯(5)上；所述检测线圈(4)的两根引出线同时连接交流电源(1)与电能质量分析仪(2)，分别用作驱动和阻抗检测；所述线圈磁芯(5)为低频耐高温磁芯。2.根据权利要求1所述的基于电导率的非接触式测温及物料成分检测装置，其特征在于，所述基于电导率的非接触式测温及物料成分检测装置还包括嵌入磁芯(8)，所述嵌入磁芯(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；所述嵌入磁芯(8)的材料为硅钢，直径为50～60mm。3.根据权利要求1所述的基于电导率的非接触式测温及物料成分检测装置，其特征在于，所述交流电源(1)的电流大小为1～2A，频率为45Hz～55Hz；所述检测线圈(4)绕线选用漆包线，线径为0.8～1.2mm；所述检测线圈(4)的线圈匝数为1000～2000匝；所述检测线圈(4)高度为50～60m；线圈磁芯(5)采用片状硅钢叠成，宽度为50～60mm，长度为90～100mm。4.根据权利要求3所述的基于电导率的非接触式测温及物料成分检测装置，其特征在于，所述交流电源(1)的电流大小为1.5A，频率为50Hz；所述检测线圈(4)的线圈线径为1.0mm，线圈匝数为1500匝，线圈高度均为55mm；所述线圈磁芯(5)宽度为55mm，长度为95m。5.一种如权利要求1
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4任一项所述的基于电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检测装置，使待测物料处于检测线圈(4)所产生的磁场范围之内，设置交流电源(1)的基本参数；步骤2：在进行检测之前预先对数据进行实验室标定：首先标定温度与物料电导率变化关系，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出实际温度，同时记录阻抗信息，然后停止设备，待物料冷却后取样并用电导率检测仪测出物料电导率，多次测量后对各个检测点进行参数标定，得到理想工况下物料电导率、阻抗与温度的关系曲线，推导拟合函数；然后对物料成分与电导率的变化关系进行标定，取样不同成分物料并测出其电导率，进行标定后得到物料电导率、阻抗与成分之间的关系曲线，推导出拟合函数；步骤3：首先在计算机(3)上构建检测平台：利用QT软件设计图形界面，包括电导率变化曲线窗口、阻抗变化曲线窗口、温度监控曲线窗口和物料成分曲线窗口；然后投入物料进行测量，从输入数据的端口接收阻抗信息，调用之前得到的物料电导率、阻抗与温度的拟...
【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：
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