专利名称：基于红外焦平面和重建技术的风速场测量装置的测量方法
技术领域：
本发明涉及建筑、电力和钢铁等领域，具体涉及了基于红外焦平面和重建技术的风速场测量装置的测量方法。
背景技术：
在建筑、电力和钢铁等领域，都涉及到送风系统的应用，该系统需要对通风管道内的流体流速进行测量，以便准确地计算出流体的流量。目前普遍使用的有皮托管式、螺旋桨式和霍而效应电磁式等各类流速传感器，它们大多为“点”式传感器。因管道截面上的流速分布，即流速场不均匀，且较为复杂，拾取一点的流速来代表截面的平均流速，并依此来计算管道中流量，所产生的误差非常大。由于，在生活、工业生产中不能准确地测量出流量值，这种情况对于建筑通风来说，要么造成过低的通风量影响身体健康、降低工作效率；要么不 得不盲目、成倍地增大流量，采用过度通风，造成大量的能源浪费。同样，流量无法准确地测量，也会对电力、钢铁等工业行业造成巨大的浪费或严重的环境污染。基于以上原因，发明一种能准确地计算出实际流量的风速场测量方法，以解决目前面临的问题，是本技术领域内丞待解决的问题。
发明内容
为克服现有技术中的不足，本发明的目的在于提供一种基于红外焦平面和重建技术的风速场测量装置的测量方法，解决了以往测量方法不能准确地测量出流体流量值的问题。为解决上述技术问题，达到上述技术目的，本发明采用如下技术方案本发明的基于红外焦平面和重建技术的风速场测量装置的测量方法，包含设置在流体管道的一个或两个截平面上的多条热线传感器和设置在所述多条热线传感器所在截平面前或后面的红外焦平面热成像装置，所述多条热线传感器以热线电阻丝作为热线，多条热线传感器与一闭环恒流电路连接、所述闭环恒流电路后还依次连接有数字化调零电桥、温度补偿电路、信号处理和放大电路和多路模拟/数字转换电路。本发明的基于红外焦平面和重建技术的风速场测量装置的测量方法，具体步骤如下步骤I)将多条热线传感器的热线电阻丝在流体管道的一个或两个截平面上排列成互不相交的纵横阵列，作为热线阵列；步骤2)由闭环恒流电路为对每条热线电阻丝提供一恒定电流，则管道中流体的流速分布信息由热线电阻丝的电阻分布反映出来，电阻的分布间接代表了流速的分布，继而使管道内流速的分布直接映射为热线阵列的温度分布；步骤3)通过红外焦平面热成像装置，测量出热线电阻丝各区域段的温度，从而获取纵、横多条热线电阻丝的流速数据，并运用智能二维重建技术对所述流速数据进行反演处理，得到实际的等流速分布曲线，即流速场曲线；
步骤4)根据流速场曲线计算出实际流量，即把流体管道截面划分区域，通过各区域计算得的相应流量叠加作为流体的实际流量。有益效果本发明的基于红外焦平面和重建技术的风速场测量装置的测量方法，利用热线阵列和红外焦平面热成像组件作为感测装置，通过智能二维重建算法实现反演技术来获取管道内流速的分布，并准确地绘制出流体流速�。返丶扑愠龉艿滥诘氖导柿髁�。避免采用皮托管等“点”式传感器不能同时、有效地测量出管道内流速的分布，而造成流体流量计算误差较大的缺点。通过本发明对流速场的准确测量，为建筑、电力和钢铁等行业实现全自动、网络化、高精度的送风系统，奠定了核心的技术基础，对应用领域的节能减排有着明显的效果。
图I为本发明的对热线阵列传感器进行驱动、补偿、信号获取及处理的框图。图2为本发明的矩形通风管道中热线阵列和热成像组件的安装图。图中标号说明1.多条热线传感器，2.红外焦平面热成像装置，3.闭环恒流电路，
4.数字化调零电桥，5.温度补偿电路，6.信号处理和放大电路，7.多路模拟/数字转换电路，8.具有二维重建和智能插补算法功能的计算机，9.流体管道。
具体实施例方式结合图I与图2所示，本发明的基于红外焦平面和重建技术的风速场测量装置，包含设置在流体管道9的一个截平面上的多条热线传感器I和设置在多条热线传感器I所在截平面前或后面的红外焦平面热成像装置2，多条热线传感器I以热线电阻丝作为热线，多条热线传感器I与一闭环恒流电路3连接、所述闭环恒流电路3后还依次连接有数字化调零电桥4、温度补偿电路5、信号处理和放大电路6和多路模拟/数字转换电路7，多路模拟/数字转换电路7与具有二维重建和智能插补算法功能的计算机8相连。本发明的基于红外焦平面和重建技术的风速场测量装置的测量方法，具体步骤如下步骤I)将多条热线传感器的热线电阻丝在流体管道的一个或两个截平面上排列成互不相交的纵横阵列，作为热线阵列；步骤2)由闭环恒流电路为对每条热线电阻丝提供一恒定电流，当有流体流过热线电阻丝时，热量被带走引起热线电阻值变化，导致测量电桥的输出电压发生改变，此变化信号反馈调整闭环恒流电路以维持恒流，从而使管道内流速的分布直接映射为热线阵列的温度分布；步骤3)通过红外焦平面热成像装置，测量出热线电阻丝各区域段的温度，从而获取纵、横多条热线电阻丝的流速数据，并运用智能二维重建技术对所述流速数据进行反演处理，得到实际的等流速分布曲线，即流速场曲线；步骤4)根据流速场分布计算出实际流量。实施例I本发明的基于红外焦平面和重建技术的风速场测量装置的测量方法，具体步骤如下
步骤I)将多条热线传感器的热线电阻丝排列成纵、横线不接触的5纵、5横的阵列形状，热线电阻丝是一种对温度敏感的电阻，从微观上讲，可将每条热线视为有多段线性电阻串联而成，这里暂且视作每条由m段电阻构成，那么纵、横共有2*5*m个微型测量电阻(为提高精度可适当增加热线数量)。步骤2)根据测量需要由闭环恒流电路为热线提供适当电流I，这样热线就会发
热升温，最终稳定在一温度。以横线第三条热线为例，有m段电阻R31、R32> R33........R3m
构成。当管道中有流体流过时，便会带走热线上的热量，导致热线温度下降。由于通风管道中的截面流速分布是复杂、非均匀的，流过这m段电阻的流速是不同的，带走的热量也不同，表现出来各段电阻值就不一样，因此流速分布信息就可以由热线的电阻分布反映出来，其余各条热线也是一样，其电阻的分布代表了流速的分布。实际测量时如果热线电压为U， 热线的电流为I，阻值为R，那么热线电阻丝产生的热量Qc为Qc = 0.24 X I2 X R或
权利要求
1.基于红外焦平面和重建技术的风速场测量装置，其特征在于，所述装置包含设置在流体管道的一个或两个截平面上的多条互不相交热线传感器和设置在所述多条热线传感器所在截平面前或后面的红外焦平面热成像装置，所述多条热线传感器以热线电阻丝作为热线，多条热线传感器与一闭环恒流电路连接、所述闭环恒流电路后还依次连接有数字化调零电桥、温度补偿电路、信号处理和放大电路和多路模拟/数字转换电路。
2.基于权利要求I所述的基于红外焦平面和重建技术的风速场测量装置的测量方法，其特征在于，所述方法的具体步骤如下 步骤I)将多条热线传感器的热线电阻丝在流体管道的一个或两个截平面上排列成互不相交的纵横阵列，作为热线阵列； 步骤2)由闭环恒流电路为每条热线电阻丝提供一恒定电流，则管道中流体的流速分布信息由热线电阻丝的电阻分布反映出来，电阻的分布间接代表了流速的分布，继而使管 道内流速的分布直接映射为热线阵列的温度分布； 步骤3)通过红外焦平面热成像装置，测量出热线电阻丝各区域段的温度，从而获取纵、横多条热线电阻丝的流速数据，并运用智能二维重建技术对所述流速数据进行反演处理，得到实际的等流速分布曲线，即流速场曲线； 步骤4)根据流速场分布计算出实际流量，即把流体管道截面划分区域，通过各区域计算得的相应流量叠加作为流体的实际流量。
3.根据权利要求2所述的基于红外焦平面和重建技术的风速场测量装置的测量方法，其特征在于，所述经多路模拟/数字转换电路转换后的数据通过具有二维重建和智能插补算法功能的计算机进行计算。
4.根据权利要求2所述的基于红外焦平面和重建技术的风速场测量方法，其特征在于，所述步骤I)中将多条热线传感器的热线电阻丝排列成互不相交的多条纵、横的热线阵列形状。
5.根据权利要求2所述的基于红外焦平面和重建技术的风速场测量装置的测量方法，其特征在于，所述步骤2)中，利用闭环恒流电路对每条热线电阻丝进行恒流控制时，当有流体流过热线电阻丝时，热量被带走引起热线电阻值变化，导致测量电桥的输出电压发生改变，此变化信号反馈调整闭环恒流电路以维持恒流，从而使管道内流速的分布直接映射为热线阵列的温度分布。
全文摘要
本发明公开了基于红外焦平面和重建技术的风速场测量装置的测量方法，具体步骤如下，先将多条热线电阻丝在管道的一个或两个截平面上排列成纵横阵列，由闭环恒流电路对每条热线电阻丝提供恒定电流，通过红外焦平面热成像装置，检测出热线阵列的温度分布；然后经换算获取纵横多条热线电阻丝的流速数据，并运用智能二维重建技术对所述流速数据进行反演处理，得到实际的等流速分布曲线，计算出实际流量。本发明的基于红外焦平面和重建技术的风速场测量的装置及方法，对流速场的准确测量，为建筑、电力和钢铁等行业实现全自动、网络化、高精度的送风系统，奠定了核心的技术基�。杂τ昧煊虻慕谀芗跖庞凶琶飨缘男Ч�。
文档编号G01J5/00GK102735294SQ20111008300
公开日2012年10月17日 申请日期2011年4月2日 优先权日2011年4月2日
发明者宫长义, 李学哲 申请人:苏州科技学院
专业数控铣床产品供应商
20年生产经验，实力工厂，精工品质，质量有保障
