測量構件內部溫度的置入式x射線成像方法與設備的製作方法

2023-07-05 11:39:16 2

測量構件內部溫度的置入式x射線成像方法與設備的製作方法
【專利摘要】本發明涉及一種測量構件內部溫度的置入式X射線成像設備，依次包括X射線管、具有通孔的鉛板、置入在構件內部的彎曲型水銀感溫元件、將X射線轉化成可見光的成像屏、採集成像屏上圖像信息的相機、對相機採集的圖像信息進行傳輸的圖像傳輸單元以及處理與顯示單元，鉛板和成像探測器之間放置被測構件，彎曲型水銀感溫器件的投影落在成像屏的顯示範圍內。本發明利用X射線成像原理，通過圖像處理讀取水銀柱的長度，以此來準確、可靠地測量構件內部的溫度，實現了非接觸式的測量。彎曲型水銀感溫元件佔位小，對構件內部的空間要求較低。測量溫度的同時還可以對物體的內部工作狀態進行檢測，如是否有損壞、斷線等，同時不受強電磁場等外界因素的幹擾。
【專利說明】測量構件內部溫度的置入式X射線成像方法與設備
【技術領域】
[0001]本發明涉及構件內部溫度測量設備和方法，屬於檢測標定【技術領域】，尤其是一種測量構件內部溫度的置入式X射線成像方法與設備。
【背景技術】
[0002]現代溫度測量方法主要包括紅外非接觸測溫技術、熱電偶、熱敏電阻測溫技術和雷射測溫技術等。這些測溫方法只能直接測量物體或結構表面的溫度，無法滿足很多場合中需要測量物體的內部溫度或對內部溫度進行監控的要求。如電氣發熱設備諸如電櫃、電纜接頭內部溫度測量、鍋爐爐內溫度測量以及變壓器中線圈繞組內部溫度測量等。對於電纜接頭內部溫度的實時監視，有人提出在接頭內部植入光纖光柵傳感器，雖可實現對溫度的實時監測，但未解決傳感器在接頭內部的安裝方式、封裝形式及在系統中運行的可靠性等問題。
[0003]目前構件內部溫度場測量一般基於紅外測溫首先測得表面或近表面溫度，然後通過傳熱理論推演內部溫度。而較先進的兩種鍋爐爐膛溫度場的測量方法是基於圖像處理的溫度場測量和聲學高溫測量法。前者利用計算機圖像處理技術是一種非接觸測量溫度的方法，通過攝取燃燒室內部某個時刻的瞬時火焰圖像，藉助於光學理論和計算機圖像處理技術計算出整個燃燒室內部的溫度分布，該方法受使用的內窺式風冷CCD攝像頭在高溫、粉塵和溶渣等惡劣環境下的使用壽命限制；後者利用聲波在氣體混合物內的傳播速度是絕對溫度的第一函數這一原理測量溫度，但是受發聲器和接收器尺寸等原因限制。對變壓器中線圈繞組內部溫度測量的困難在於:內部空間小、全封閉、大電流工作形成的強電磁幹擾，目前所採用的熱電阻測溫、紅外方法、光纖傳感技術等都只能對繞組表面溫度測量，而對其內部溫度不能準確測量。

【發明內容】

[0004]本發明要解決的技術問題是:克服現有技術中由於物體或構件內部溫度不易測量的難題，提供一種測量構件內部溫度的置入式X射線成像方法與設備，實現準確、簡單、可靠的非接觸式構件內部溫度的測量。
[0005]本發明解決其技術問題所採用的技術方案是:一種測量構件內部溫度的置入式X射線成像設備，依次包括發射X射線的X射線管、具有通孔的鉛板、將X射線轉化成可見光的成像屏、採集成像屏上圖像信息的相機、對相機採集的圖像信息進行傳輸的圖像傳輸單元以及處理與顯示單元，所述的鉛板和輕型耐高溫隔熱層之間放置被測構件，還包括放置在被測構件中的彎曲型水銀感溫元件，彎曲型水銀感溫元件的投影完全落在成像屏的顯示範圍內。其中，通孔的大小使穿過它的X射線覆蓋採集成像屏，以此屏蔽多餘的射線。
[0006]彎曲型水銀感溫元件能夠有效地降低溫度計對被測構件內部空間大小的要求，並使其投影完整地落在成像屏的顯示範圍內。
[0007]為防止熱輻射對成像屏產生影響，所述的成像屏的前表面粘附有一層用於隔離被測構件發出的熱輻射產生的熱量的輕型耐高溫隔熱層，所述的輕型耐高溫隔熱層為厚度和材質均勻、低密度且耐高溫的隔熱棉類材料。輕型耐高溫隔熱層能夠使X射線強度有較低的衰減，同時起到隔熱的目的，若熱輻射較低也可不用此隔熱層。
[0008]所述的彎曲型水銀感溫元件的外形和大小與被測構件內部空間相適應。
[0009]所述的彎曲型水銀感溫元件的形狀為平面規則曲線。
[0010]所述的彎曲型水銀感溫元件的形狀為平面螺旋形、環形、弓形或波浪形。
[0011]所述的彎曲型水銀感溫元件由毛細管、水銀感溫泡和液柱組成，所述毛細管為密度小於水銀的非金屬或金屬材料，如石英玻璃、鋁合金等材料，毛細管材料的密度與水銀的密度相差越大，成像屏上水銀液柱的圖像越清晰。
[0012]一種所述的X射線成像設備進行構件內部溫度測量的方法，具有如下步驟:
[0013]①記錄彎曲水銀感溫元件在被測構件內部的初始溫度tQ ；
[0014]②調整X射線管、鉛板、成像屏和被測構件四者之間的位置，使彎曲型水銀感溫元件的投影完全落在成像屏的顯示範圍內，同時鉛板屏蔽多餘的X射線以防止其在相機上產生噪聲；
[0015]③對彎曲型水銀感溫元件進行溫度標定，計算得到彎曲型水銀感溫元件的溫度靈敏度；
[0016]④X射線成像設備的X射線管發出X射線投射到初始溫度&時的被測構件，相機將成像屏上的光信號轉換成圖像信息，圖像傳輸單元將圖像信息發送至處理與顯示單元；
[0017]⑤X射線成像設備的X射線管發出X射線投射到工作溫度t下的被測構件，相機將成像屏上的光信號轉換成圖像信息，圖像傳輸單元將圖像信息發送至處理與顯示單元；
[0018]⑥處理與顯示單元將步驟④和⑤中採集的圖像信息通過圖像處理的方法提取出彎曲型水銀感溫元件的液柱長度的變化，具體方法如下:設初始溫度h時獲取的X射線圖像為Atl，在工作溫度t下獲取的X射線圖像為A，根據圖像差異=B=A-Atl提取得到水銀液柱長度的變化量AL ;
[0019]⑦根據步驟⑥計算得到的水銀液柱長度的變化量AL，以及彎曲型水銀感溫元件的溫度靈敏度，計算得出被測構件的內部溫度，並在顯示單元上顯示。
[0020]步驟③中，計算彎曲型水銀感溫元件的溫度靈敏度的方法為，已知彎曲型水銀感溫元件量程中溫度為與t2時，X射線圖像上的水銀柱長度分別為L1和L2，則水銀液柱長
度的變化量AL』，彎曲型水銀感溫元件的靈敏度k為:。
[0021]步驟⑦中，被測構件內部溫度的計算方法為，已知初始溫度為h時，彎曲型水銀感溫元件在X射線圖像上的水銀柱長度為U，當工作狀態下被測溫度為t時，水銀柱長度為L，則水銀液柱長度的變化量AL，被測溫度t為:t=k(L-Ltl)+tQ=k.AL+t。。
[0022]本發明的有益效果是，本發明的測量構件內部溫度的置入式X射線成像方法與設備，能以非接觸式的測量方法準確、可靠的測量構件內部溫度，並且對構件的內部空間要求較低，並且測量溫度同時還可對構件的內部工作狀態進行監測，如是否斷線、損壞等，同時不受強電磁場等外界因素的幹擾。
【專利附圖】

【附圖說明】[0023]下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明。
[0024]圖1是本發明的測量構件內部溫度的置入式X射線成像設備的最佳實施例結構示意圖；
[0025]圖2是本發明中彎曲型水銀感溫元件的結構示意圖；
[0026]圖3是本發明的測量構件內部溫度的方法的流程圖。
[0027]圖中:1.X射線管，2.鉛板，3.隔熱層，4.成像屏，5.相機，6.圖像傳輸單元，7.處理與顯示單元，8.被測構件，9.彎曲型水銀感溫元件，10.水銀泡，11.毛細管，12.水銀液柱。
【具體實施方式】
[0028]現在結合附圖對本發明作進一步詳細的說明。這些附圖均為簡化的示意圖，僅以示意方式說明本發明的基本結構，因此其僅顯示與本發明有關的構成。
[0029]本發明的一種準確、簡單、可靠的非接觸式構件內部溫度測量方法，溫度測量實施步驟如下:
[0030]1.彎曲型水銀感溫元件的放置
[0031]彎曲型水銀感溫元件9的外形和大小與被測構件8內部空間相適應，如圖2所示，形狀為平面螺旋形。將彎曲型 水銀感溫元件9置於被測構件8內部，並且使其位於與X射線射束方向垂直的平面上，然後將其與被測構件8固定起來。
[0032]2.溫度的標定
[0033]( I)水銀柱長度差的圖像提取:已知彎曲型水銀感溫元件量程中溫度為h與t2時，分別獲取的X射線圖像為A1和A2，對應水銀柱長度分別為L1和L2，可根據差異圖像=C=A2-A1提取得到水銀液柱長度的變化量△!； =L2-L10
[0034](2)靈敏度計算:溫度敏感元件的靈敏度k為:
【權利要求】
1.一種測量構件內部溫度的置入式X射線成像設備，其特徵是:依次包括發射X射線的X射線管(I)、具有通孔的鉛板(2)、將X射線轉化成可見光的成像屏(4)、採集成像屏(4)上圖像信息的相機(5)、對相機(5)採集的圖像信息進行傳輸的圖像傳輸單元(6)以及處理與顯示單元(7)，所述的鉛板(2)和輕型耐高溫隔熱層(3)之間放置被測構件(8)，還包括放置在被測構件(8)中的彎曲型水銀感溫元件(9)，彎曲型水銀感溫元件(9)的投影完全落在成像屏(4)的顯示範圍內。
2.如權利要求1所述的測量構件內部溫度的置入式X射線成像設備，其特徵是:所述的成像屏(4)的前表面粘附有一層用於隔離被測構件(8)發出的熱輻射產生的熱量的輕型耐高溫隔熱層(3)，所述的輕型耐高溫隔熱層(3)為厚度和材質均勻、低密度且耐高溫的隔熱棉類材料。
3.如權利要求1所述的測量構件內部溫度的置入式X射線成像設備，其特徵是:所述的彎曲型水銀感溫元件(9)的外形和大小與被測構件(8)內部空間相適應。
4.如權利要求3所述的測量構件內部溫度的置入式X射線成像設備，其特徵是:所述的彎曲型水銀感溫元件(9)的形狀為平面規則曲線。
5.如權利要求4所述的測量構件內部溫度的置入式X射線成像設備，其特徵是:所述的彎曲型水銀感溫元件(9)的形狀為平面螺旋形、環形、弓形或波浪形。
6.如權利要求1所述的測量構件內部溫度的置入式X射線成像設備，其特徵是:所述的彎曲型水銀感溫元件(9)由毛細管(11)、水銀感溫泡(10)和液柱(12)組成，所述毛細管(11)為密度小於水銀的非金屬或金屬材料。
7.一種採用權利要求1-6任一項所述的X射線成像設備進行構件內部溫度測量的方法，其特徵是具有如下步驟: ①記錄彎曲水銀感溫元件在被測構件(8)內部的初始溫度tQ； ②調整X射線管(I)、鉛板(2)、成像屏(4)和被測構件(8)四者之間的位置，使彎曲型水銀感溫元件(9)的投影完全落在成像屏(4)的顯示範圍內，同時鉛板(2)屏蔽多餘的X射線以防止其在相機(5)上產生噪聲； ③對彎曲型水銀感溫元件(9)進行溫度標定，計算得到彎曲型水銀感溫元件(9)的溫度靈敏度； ④X射線成像設備的X射線管發出X射線投射到初始溫度h時的被測構件，相機將成像屏上的光信號轉換成圖像信息，圖像傳輸單元將圖像信息發送至處理與顯示單元； ⑤X射線成像設備的X射線管發出X射線投射到工作溫度t下的被測構件，相機將成像屏上的光信號轉換成圖像信息，圖像傳輸單元將圖像信息發送至處理與顯示單元； ⑥處理與顯示單元將步驟④和⑤中採集的圖像信息通過圖像處理的方法提取出彎曲型水銀感溫元件的液柱長度的變化，具體方法如下:設初始溫度h時獲取的X射線圖像為A0,在工作溫度t下獲取的X射線圖像為A，根據圖像差異=B=A-Atl提取得到水銀液柱長度的變化量Λ L ； ⑦根據步驟⑥計算得到的水銀液柱長度的變化量AL,以及彎曲型水銀感溫元件(9)的溫度靈敏度，計算得出被測構件的內部溫度，並在顯示單元上顯示。
8.如權利要求7所述的構件內部溫度測量的方法，其特徵是:步驟③中，計算彎曲型水銀感溫元件(9)的溫度靈敏度的方 法為，已知彎曲型水銀感溫元件量程中溫度為&與〖2時，X射線圖像上的水銀柱長度分別為L1和L2，則水銀液柱長度的變化量AL』，彎曲型水銀感溫元件(9)的靈敏度k為:
9.如權利要求8所述的構件內部溫度測量的方法，其特徵是:步驟⑦中，被測構件內部溫度的計算方法為，已知初始溫度為h時，彎曲型水銀感溫元件在X射線圖像上的水銀柱長度為U，當工作狀態下被測溫度為t時，水銀柱長度為L，則水銀液柱長度的變化量AL，被測溫度 t 為:t=k (L-L0) +t0=k? Δ L+t0o
【文檔編號】G01K15/00GK103884448SQ201410116317
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2014年3月26日 優先權日:2014年3月26日
【發明者】陳樹越, 許九紅, 蔣星, 陸貴榮 申請人:常州大學