【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于温度检测，具体涉及一种含冰粒充填料浆内部温度检测装置及方法。
技术介绍
1、为了社会经济发展的需求，矿产资源逐渐向深层开发，会产生高温问题。高温环境的采矿环境会导致采矿设施的使用寿命下降，同时还会导致矿井事故频发，高温还会影响采矿人员承受较高的工作面温度，为了降温而引入设备和投资增大，运行费用高。现有的含冰粒充填料浆方法(icbp)可以解决高温问题，但在其成功应用于深部矿井充填之前，必须对其相变传热过程进行深入研究，需对含冰粒充填料浆内部温度进行检测。传统的温度检测技术存在如下问题：接触式测温法虽然测温精度高、实时性好，但必须接触被测材料，对于膏体充填，接触式测温法容易损坏，且无法连续测量；对于热电偶式非接触式测温法，往往需要校准后使用，另外热电偶式测量法属于点测量方式，获取信息的能力有限，往往需要更多的热电偶联合使用，成本较高；现有的测温技术仅仅能测量物体的表面温度，不能进行二维层面相变温度的检测，且温度检测结果不够直观。
技术实现思路
1、本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种含冰粒充填料浆内部温度检测装置，其结构简单，设计合理，实现方便，结合检测方法，能够有效应用在含冰粒充填料浆内部温度检测中，实时检测场域内温度的变化，检测结果直观可靠，使用效果好，便于推广使用。
2、为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种含冰粒充填料浆内部温度检测装置，包括传感器单元、数据采集处理单元和图像重建单元，所述传感器单元包括用于放
3、上述的一种含冰粒充填料浆内部温度检测装置，所述电极传感阵列包括多个钛金属电极片，所述钛金属电极片根据有限元模型按设定间距排布在封闭容器内壁上。
4、上述的一种含冰粒充填料浆内部温度检测装置，所述控制模块包括stm32f103zet6主控芯片。
5、上述的一种含冰粒充填料浆内部温度检测装置，所述模数转换模块包括16位的ad7606芯片。
6、上述的一种含冰粒充填料浆内部温度检测装置，所述数据采集模块包括多路开关max306芯片。
7、上述的一种含冰粒充填料浆内部温度检测装置，所述激励模块包括脉冲信号源发生器和双刀单掷的高速模拟开关max303芯片。
8、本专利技术还公开了一种含冰粒充填料浆内部温度检测方法，采用上述的装置，所述方法包括以下步骤：
9、步骤一、通过被检测温度场域边界的电极传感阵列采集边界电压数据组；
10、步骤二、将电压数据组转换为被检测场域的电导率场域分布数据；
11、步骤三、通过被检测物质的电导率与温度反演函数，将电导率场域分布数据反演为实际检测的温度场域分布；
12、步骤四、采用双约束指标图像重建算法，获得可视化的被检测温度场域。
13、上述的一种含冰粒充填料浆内部温度检测方法，步骤四中所述双约束指标图像重建算法包括测量数据重构和阈值滤波，所述测量数据重构通过软场效应度量指标约束提升图像重建分辨率，所述阈值滤波通过灵敏度矩阵阈值滤波限制灵敏度矩阵的取值区间，降低电学敏感场相同方向上的灵敏度差异。
14、上述的一种含冰粒充填料浆内部温度检测方法，所述软场效应度量指标约束具体包括：
15、设和εi,j分别为正灵敏度系数的投影区，和|εi,j|分别为对应的面积，i，j＝1，2，...，16，软场效应度量指标公示表达为：
16、
17、式中，r(i,j)为软场效应度量指标，第一项为度量投影区内外像素的相互影响，第二项为投影误差，xk为断层平面的某一点，ue为测量数据，δue为网格像素数据；
18、按照每一个电学测量值对应的软场度量指标，对数据进行重构，公式表达为：
19、δu′i,j＝wi,jδui,j
20、式中，wi,j为激励电极为i时相对应测量数据的归一化权值，δui,j为激励电极为i时的测量数据；
21、
22、上述的一种含冰粒充填料浆内部温度检测方法，所述灵敏度矩阵阈值滤波具体包括：
23、同一扫描方向上的灵敏度差异评价指标由p表示：
24、
25、
26、
27、式中，jn,m表示在第n个投影方向上的第m个像素的灵敏度值,和分别表示第n个投影方向上全部像素的灵敏度值的标准差和平均值；
28、灵敏度矩阵的每一行代表一个扫描方向，对每一个扫描方向设置上下阈值，当灵敏度值超过上下阈值时，使用上下阈值代替超过的灵敏度值，没有超过的灵敏度值保持不变；灵敏度矩阵中的阈值设置为一个相对量，将灵敏度矩阵的每一行上下阈值简化为p和q的确定，且p和q为正整数，并满足1≤p＜q≤m，m为像素数；
29、对于p和q通过滤波后的灵敏度矩阵表示，灵敏度矩阵的第n行第m列的元素为公示表达为：
30、
31、式中，表示灵敏度矩阵中第n行元素中的第p大元素值,表示灵敏度矩阵中第n行元素中的第q大元素值,sn,m表示滤波前灵敏度矩阵的第n行第m列元素值。
32、本专利技术与现有技术相比具有以下优点：
33、1、本专利技术装置结构简单，设计合理，实现方便。
34、2、本专利技术通过敏感场域前后不同的测量电压数据，经由数学变换就可以图像重建出敏感场域内物质变的电导率分布，在得到敏感场域内的电导率分布后，需要进一步对电导率场域数据处理，使其反演为温度场域，并转换为直观可视的图像。
35、3、本专利技术通过双约束指标图像重建算法，改善了温度检测逆问题求解过程的软场问题，提高了图像重建的质量。
36、4、本专利技术能够有效应用在含冰粒充填料浆内部温度检测中，实时检测场域内温度的变化，检测结果直观可靠，使用效果好，便于推广使用。
37、综上所述，本专利技术装置结构简单，设计合理，实现方便，能够有效应用在含冰粒充填料浆内部温度检测中，实时检测场域内温度的变化，检测结果直观可靠，使用效果好，便于推广使用。
38、下面通过附图和实施例，对本专利技术的技术方案做进一步的详细描述。
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1.一种含冰粒充填料浆内部温度检测装置，其特征在于：包括传感器单元(1)、数据采集处理单元(2)和图像重建单元(3)，所述传感器单元(1)包括用于放置所述含冰粒充填料浆的封闭容器(1-1)，所述封闭容器(1-1)内壁上间隔设置有电极传感阵列(1-2)；所述数据采集处理单元(2)包括控制模块(2-1)和与所述控制模块(2-1)相接的通信模块(2-2)，所述控制模块(2-1)的输入端接有模数转换模块(2-3)，所述模数转换模块(2-3)的输入端接有用于采集电极传感阵列(1-2)信号的数据采集模块(2-4)，所述控制模块(2-1)的输出端接有用于激励电极传感阵列(1-2)的激励模块(2-5)；所述图像重建单元(3)包括上位机，所述上位机通过通信模块(2-2)与控制模块(2-1)进行数据传输。
2.按照权利要求1所述的一种含冰粒充填料浆内部温度检测装置，其特征在于：所述电极传感阵列(1-2)包括多个钛金属电极片，所述钛金属电极片根据有限元模型按设定间距排布在封闭容器(1-1)内壁上。
3.按照权利要求2所述的一种含冰粒充填料浆内部温度检测装置，其特征在于：所述控制
4.按照权利要求3所述的一种含冰粒充填料浆内部温度检测装置，其特征在于：所述模数转换模块(2-3)包括16位的AD7606芯片。
5.按照权利要求4所述的一种含冰粒充填料浆内部温度检测装置，其特征在于：所述数据采集模块(2-4)包括多路开关MAX306芯片。
6.按照权利要求5所述的一种含冰粒充填料浆内部温度检测装置，其特征在于：所述激励模块(2-5)包括脉冲信号源发生器和双刀单掷的高速模拟开关MAX303芯片。
7.一种含冰粒充填料浆内部温度检测方法，其特征在于，采用如权利要求1所述的装置，所述方法包括以下步骤：
8.按照权利要求7所述的一种含冰粒充填料浆内部温度检测方法，其特征在于，步骤四中所述双约束指标图像重建算法包括测量数据重构和阈值滤波，所述测量数据重构通过软场效应度量指标约束提升图像重建分辨率，所述阈值滤波通过灵敏度矩阵阈值滤波限制灵敏度矩阵的取值区间，降低电学敏感场相同方向上的灵敏度差异。
9.按照权利要求8所述的一种含冰粒充填料浆内部温度检测方法，其特征在于，所述软场效应度量指标约束具体包括：
10.按照权利要求8所述的一种含冰粒充填料浆内部温度检测方法，其特征在于，所述灵敏度矩阵阈值滤波具体包括：
...【技术特征摘要】
1.一种含冰粒充填料浆内部温度检测装置，其特征在于：包括传感器单元(1)、数据采集处理单元(2)和图像重建单元(3)，所述传感器单元(1)包括用于放置所述含冰粒充填料浆的封闭容器(1-1)，所述封闭容器(1-1)内壁上间隔设置有电极传感阵列(1-2)；所述数据采集处理单元(2)包括控制模块(2-1)和与所述控制模块(2-1)相接的通信模块(2-2)，所述控制模块(2-1)的输入端接有模数转换模块(2-3)，所述模数转换模块(2-3)的输入端接有用于采集电极传感阵列(1-2)信号的数据采集模块(2-4)，所述控制模块(2-1)的输出端接有用于激励电极传感阵列(1-2)的激励模块(2-5)；所述图像重建单元(3)包括上位机，所述上位机通过通信模块(2-2)与控制模块(2-1)进行数据传输。
2.按照权利要求1所述的一种含冰粒充填料浆内部温度检测装置，其特征在于：所述电极传感阵列(1-2)包括多个钛金属电极片，所述钛金属电极片根据有限元模型按设定间距排布在封闭容器(1-1)内壁上。
3.按照权利要求2所述的一种含冰粒充填料浆内部温度检测装置，其特征在于：所述控制模块(2-1)包括stm32f103zet6主控芯片。
4.按照权利要求3所...
【专利技术属性】
技术研发人员：王湃，加波，付先勇，毛丽利，乔详，
申请(专利权)人：西安科技大学，
类型：发明
国别省市：
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