热管预埋效果的无损表面状态红外检测系统、控制方法
阅读说明：本技术 热管预埋效果的无损表面状态红外检测系统、控制方法 (Nondestructive surface state infrared detection system and control method for heat pipe embedding effect ) 是由 钱婧 韩昌佩 孙丽崴 赵月中 郑建丽 王凤丽 刘贵 吴春亮 丁雷 于 2020-12-02 设计创作，主要内容包括：本发明属于航天热控技术领域,公开了一种热管预埋效果的无损表面状态红外检测系统、控制方法,柔性加热板放在柔性涂层保护层的上表面,覆盖在内埋热管的一端；柔性加热板上侧固定有测温元件,测温元件与温控器连接；柔性涂层保护层上侧覆盖有保温层,柔性涂层保护层上方设置有红外热成像仪,红外热成像仪固定在支撑架上。本发明不对被测试件表面状态造成损伤,可实时获得被测试件表面的温度分布,直观判断内埋热管的预埋效果,定位整个被埋件预埋效果差的区域；支撑架具有6自由度的调节能力,可实现3个维度的平移和转动,调整红外热成像仪的观测范围,红外热成像仪可实时在线测量。(The invention belongs to the technical field of aerospace thermal control, and discloses a nondestructive surface state infrared detection system with a heat pipe embedding effect and a control method, wherein a flexible heating plate is arranged on the upper surface of a flexible coating protective layer and covers one end of an embedded heat pipe; the upper side of the flexible heating plate is fixed with a temperature measuring element which is connected with a temperature controller; the side of the flexible coating protective layer is covered with a heat preservation layer, an infrared thermal imager is arranged above the flexible coating protective layer, and the infrared thermal imager is fixed on the support frame. The invention does not damage the surface state of the tested piece, can obtain the temperature distribution of the surface of the tested piece in real time, intuitively judges the embedded effect of the embedded heat pipe, and positions the area with poor embedded effect of the whole embedded piece; the support frame has 6 degrees of freedom's controllability, can realize the translation and the rotation of 3 dimensions, adjusts infrared thermal imager's observation scope, and infrared thermal imager can real-time on-line measuring.)
技术领域
本发明属于航天热控技术领域，尤其涉及一种热管预埋效果的无损表面状态红外检测系统、控制方法。
背景技术
目前，在结构件的内部进行热管预埋，以增强结构件的传热能力或提高结构件温度均匀性的方法，已成为航天热控技术中的一项常用工艺。对热管预埋成型后的结构件，需要进行传热能力检测，判断预埋效果是否满足设计要求。若预埋效果不满足设计要求，则需要返工重新预埋。
现阶段对预埋效果的检测，是在结构件的外表面预埋有热管的区域，在有内埋热管的一端粘贴加热器，并在结构件上均匀粘贴测温元件，观察加热后测温元件的温度情况。加热器和测温元件是直接粘贴在结构件上的，而结构件外表面完成表面处理、实施涂层之后，这种直接接触式的测试会损伤结构件的表面状态，且测温元件在结构件上是点状分布，靠检测人员的经验对测温元件的位置进行确定，测试数据与测温元件的数量和位置相关，无法直观获得结构件的整体预埋效果。
通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：现有的直接接触式的测试装置会损伤结构件的表面状态，且测温元件在结构件上是点状分布，靠检测人员的经验对测温元件的位置进行确定，测试数据与测温元件的数量和位置相关，无法直观获得结构件的整体预埋效果。
要在无损构件表面状态下获得结构件的整体预埋效果，这与当前接触式测量方法相矛盾，需要改变当前的测量方法。本发明提供了一种非接触式的测量法方法，不直接接触构件表面，即可获得结构件的整体温度场，无经验人员亦可快速判断结构件整体预埋效果。
发明内容
为了解决现有技术存在的问题，本发明提供了一种热管预埋效果的无损表面状态红外检测系统、控制方法，不破坏结构件表面状态，携带方便、测量精度高。
本发明是这样实现的，一种热管预埋效果的无损表面状态红外检测方法，所述热管预埋效果的无损表面状态红外检测方法包括：
将涂层保护层覆盖在被检测件表面，确保保护层在静电吸附作用下与被测件表面密切贴合；
确认预埋热管的位置，将柔性加热板放置在热管区域的涂层保护层上；
在整个被测件的最外层包覆保温层；
根据红外成像仪的观测范围，确认支撑架位置，将红外成像仪固定在支撑架上；
柔性加热板通电加热，控温点低于内埋热管的最高许用温度；
当被测件热平衡后，揭开保温层，观测并采集被测件表面温度；
判断内埋热管的预埋效果，并确定热管与被埋件表面接触不良的位置。
进一步，所述判断内埋热管的预埋效果，并确定热管与被埋件表面接触不良的位置包括：
(1)根据红外热成像仪温度数据，提取内埋热管区，内埋热管的两端温度A1、A2和中段温度A3,以及周边无热管区的温度B1、B2、B3，C1、C2、C3；
(2)B为被埋件热管区温差设计值：若|A1-A2|<B，则内埋热管与被埋件表面接触良好，预埋效果好；若|A1-A2|>B，则内埋热管与被埋件接触不良，预埋效果差，需对接触不良位置进行定位；
(3)若|A1-A3|>B，则接触不良位置位于中段与加热端，若|A2-A3|>B，则接触不良位置位于未加热段与中段之间；
(4)C为内埋热管区与非内埋热管区的温差设计值，若|B1-A1|、|C1-A1|、|B2-A2|、|C2-A2|、|B3-A3|、|C3-A3|等均小于C，则被埋件预埋效果好，若有值大于C，如|B1-A1|>C，则在A1与B1之间的非内埋热管区接触不良好。
进一步，所述热管预埋效果的无损表面状态红外检测方法通过采集并处理被测试件的测试数据，获得热管预埋效果的评价，且能迅速定位不合格区域；温控与采集系统与被测试件表面直接接触；柔性涂层保护层利用静电吸附作用，与被检测件均匀贴合，确保红外成像仪的测量温度接近被测件的真实温度，且不损伤被测件的表面状态；通过对预埋热管一端加热，检测整个被测件表面温度情况，根据预埋效果判据判断内埋热管的预埋效果。
本发明的另一目的在于提供一种实施所述热管预埋效果的无损表面状态红外检测方法的热管预埋效果的无损表面状态红外检测系统，所述热管预埋效果的无损表面状态红外检测系统设置有：
柔性加热板；
柔性加热板放在柔性涂层保护层的上表面，覆盖在内埋热管的一端；
柔性加热板上侧固定有测温元件，测温元件与温控器连接；
柔性涂层保护层上侧覆盖有保温层，柔性涂层保护层上方设置有红外热成像仪，红外热成像仪固定在支撑架上侧固定有红外热成像仪。
进一步，所述柔性加热板为可弯曲加热片；
所述柔性加热板为硅橡胶加热板，厚度为2mm，外表面喷涂黑色热控涂层。
进一步，所述柔性涂层保护层覆盖在被检测的结构件表面，保护层的外表面有喷涂热控涂层；
所述测温元件为测温电阻或热电偶。
进一步，所述保温层为10单元多层隔热组件，每单元隔热组件由一层双面镀铝薄膜和一层涤纶网组成。
进一步，所述红外热成像仪通过数据线与数据采集与处理系统连接；
所述测温元件与柔性加热板自成一体。
本发明的另一目的在于提供一种增强结构件的传热能力的方法，所述增强结构件的传热能力的方法使用所述热管预埋效果的无损表面状态红外检测方法。
本发明的另一目的在于提供一种提高结构件温度均匀性的方法，所述提高结构件温度均匀性的方法使用所述热管预埋效果的无损表面状态红外检测方法。
结合上述的所有技术方案，本发明所具备的优点及积极效果为：本发明不对被测试件造成损伤，可实时获得被测试件表面的温度分布，直观判断内埋热管的预埋效果，定位整个被埋件预埋效果差的区域；支撑架具有6自由度的调节能力，可实现3个维度的平移和转动，调整红外热成像仪的观测范围，红外热成像仪可实时在线测量。本发明的温控与采集系统与被测试件表面不发生直接接触，整个测试过程不损伤被测试件的表面状态，无预埋经验人员亦可根据本发明快速、准确、安全的判断热管的预埋效果。
测试方法
接触方式
表面测点分布数量
判断区域
残留物
现有技术
直接接触
≥4个
测点附近
残胶
本技术方案
非直接接触
0
整板
无
本发明中柔性加热板为可弯曲加热片，当被测试件表面为曲面时，加热片也能实现与表面的良好贴合。本发明中柔性加热板为硅橡胶加热板，厚度为2mm，外表面喷涂黑色热控涂层，发射率＞0.85。本发明中柔性涂层保护层覆盖在被检测的结构件表面，保护层的外表面有喷涂热控涂层，发射率大于0.85；同时在柔性涂层保护层表面喷黑色消光漆，具有静电吸附功能的积水膜。
本发明中测温元件为测温电阻或热电偶。本发明中保温层为10单元多层隔热组件，每单元隔热组件由一层双面镀铝薄膜和一层涤纶网组成，确保加热板的控温效果，使被试件能快速进入热平衡状态。本发明中红外热成像仪通过数据线与数据采集与处理系统连接，红外热成像仪可实时在线测量。本发明中测温元件与柔性加热板自成一体，实现温度的检测。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的热管预埋效果的无损表面状态红外检测系统的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的保温层的结构示意图；
图中：1、柔性涂层保护层；2、柔性加热板；3、测温元件；4、温控器；5、红外热成像仪；6、支撑架；7、数据采集与处理系统；8、保温层。
图3是本发明实施例提供的实测温度云图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种热管预埋效果的无损表面状态红外检测系统、控制方法，下面结合附图对本发明作详细的描述。
具体实施例一：
如图1和图2所示，本发明实施例提供的热管预埋效果的无损表面状态红外检测系统设置有控温结构和测温结构。
控温结构：柔性涂层保护层1、柔性加热板2、测温元件3、温控器4、保温层8。
测温结构：红外热成像仪5、支撑架6、数据采集与处理系统7。
柔性加热板2放在柔性涂层保护层1的上表面，覆盖在内埋热管的一端；柔性加热板2为可弯曲加热片，当被测试件表面为曲面时，加热片也能实现与表面的良好贴合。柔性加热板2为硅橡胶加热板，厚度为2mm，外表面喷涂黑色热控涂层，发射率＞0.85。柔性涂层保护层1为柔性静电吸附材料，覆盖在被检测的结构件表面，保护层的外表面有喷涂热控涂层，发射率大于0.85。同时在柔性涂层保护层1表面喷黑色消光漆，具有静电吸附功能的积水膜。
柔性加热板2上侧固定有测温元件3，测温元件3与柔性加热板2自成一体，测温元件3与温控器4连接，与控温器配合，对加热板控温。其中，测温元件3为Pt100，温控器为PID温控仪。柔性涂层保护层1上侧覆盖有保温层8，保温层8为10单元多层隔热组件，每单元隔热组件由一层双面镀铝薄膜和一层涤纶网组成；保温层8，确保加热板的控温效果，使被试件能快速进入热平衡状态。
支撑架6上侧固定有红外热成像仪5，型号为FLIR ETS320。红外热成像仪5位于被检结构件的上方，支撑架6具有多维的调节能力，每个维度可实现平移和转动，协助红外热像仪5对被测件表面进行全面观测。
红外热成像仪5通过数据线与数据采集与处理系统7连接，数据采集与处理系统7可实时采集观测数据，并同时按照预埋效果判据进行数据处理，判断预埋效果。其中，数据采集与处理系统7为工控机。
下面结合具体实施例对本发明的技术方案作进一步的描述。
本发明实施例提供的一种热管预埋效果的无损表面状态红外检测方法，包括以下步骤：
步骤a、将涂层保护层覆盖在被检测件表面，确保保护层在静电吸附作用下与被测件表面密切贴合；
步骤b、确认预埋热管的位置，将柔性加热板放置在热管区域的涂层保护层上；
步骤c、在整个被测件的最外层包覆保温层；
步骤d、根据红外成像仪的观测范围，确认支撑架位置，将红外成像仪固定在支撑架上；
步骤e、柔性加热板通电加热，控温点低于内埋热管的最高许用温度；
步骤f、当被测件热平衡后，揭开保温层，观测并采集被测件表面温度；
步骤g、判断内埋热管的预埋效果，并确定热管与被埋件表面接触不良的位置。
上述一种热管预埋效果的无损表面状态红外检测方法的步骤g包括以下步骤：
步骤g1，根据红外热成像仪温度数据，提取内埋热管区，内埋热管的两端温度A1、A2和中段温度A3,以及周边无热管区的温度B1、B2、B3，C1、C2、C3；
步骤g2，B为被埋件热管区温差设计值：若|A1-A2|<B，则内埋热管与被埋件表面接触良好，预埋效果好；若|A1-A2|>B，则内埋热管与被埋件接触不良，预埋效果差，需对接触不良位置进行定位；
步骤g3，若|A1-A3|>B，则接触不良位置位于中段与加热端，若|A2-A3|>B，则接触不良位置位于未加热段与中段之间；
步骤g4，C为内埋热管区与非内埋热管区的温差设计值，若|B1-A1|、|C1-A1|、|B2-A2|、|C2-A2|、|B3-A3|、|C3-A3|等均小于C，则被埋件预埋效果好，若有值大于C，如|B1-A1|>C，则在A1与B1之间的非内埋热管区接触不良好。本实施例中，B、C选取经验值，B＝C＝1℃。
具体实施例二：
本实施例与实施例一区别在于：红外热成像仪5为手持式，型号是FLIR E8不需要支撑架6。
上述一种热管预埋效果的无损表面状态红外检测方法的步骤g包括以下步骤：
步骤g1，根据红外热成像仪温度数据，提取内埋热管区，内埋热管的两端温度A12是24.9℃、A2是24.7℃和中段温度A3是24.8℃,以及周边无热管区的温度B1是23.9℃、B2是24.3℃、B3是23.9℃，C1是23.8℃、C2是23.4℃、C3是4℃；
步骤g2，B为被埋件热管区温差设计值：若|A1-A2|＝0.2℃<1℃，内埋热管与被埋件表面接触良好，预埋效果好。故无需进行步骤g3、g4。
图3为本实施例实测温度云图。
本发明的工作原理为：通过采集并处理被测试件的测试数据，获得热管预埋效果的评价，且能迅速定位不合格区域。本发明的温控与采集系统与被测试件表面直接接触，整个测试过程不损伤被测试件的表面状态，可快速、准确、安全的判断热管的预埋效果。柔性涂层保护层1利用静电吸附作用，与被检测件均匀贴合，确保红外成像仪5的测量温度接近被测件的真实温度，且不损伤被测件的表面状态。通过对预埋热管一端加热，检测整个被测件表面温度情况，根据预埋效果判据判断内埋热管的预埋效果。
在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
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