本發(fā)明屬于溫度測(cè)試技術(shù)領(lǐng)域，具體是指一種摩擦副三點(diǎn)融合測(cè)溫系統(tǒng)及測(cè)溫方法。

背景技術(shù)：

當(dāng)摩擦副處于接觸運(yùn)動(dòng)狀態(tài)時(shí)，由于接觸表面的摩擦力做功必然會(huì)產(chǎn)生摩擦熱。工況條件對(duì)于摩擦磨損性能的影響往往是由摩擦溫升引起，許多材料的力學(xué)性能和潤(rùn)滑性能都隨摩擦界面的溫升而變化，進(jìn)而影響其摩擦學(xué)行為?？梢哉f(shuō)，摩擦接觸界面的溫度直接影響著摩擦副的摩擦系數(shù)、熱物特性和耐久性等各項(xiàng)重要性能，因此對(duì)于摩擦副接觸界面溫度的準(zhǔn)確檢測(cè)尤為關(guān)鍵。

目前，摩擦副測(cè)溫系統(tǒng)多是借助于在摩擦副接觸界面周?chē)贾脺y(cè)溫點(diǎn)，以近似獲得對(duì)摩擦接觸界面的溫度信息。這些測(cè)溫方法主要有以預(yù)埋測(cè)溫法、預(yù)置測(cè)溫法等為代表的接觸式測(cè)溫法和以紅外測(cè)溫法為代表的非接觸式測(cè)溫法。例如，檢索發(fā)現(xiàn)：專(zhuān)利CN101319986A和CN201955162U采用預(yù)埋熱電偶的方法對(duì)摩擦表面的溫度進(jìn)行測(cè)量；專(zhuān)利CN201859023U和CN202133538U設(shè)計(jì)的摩擦副溫度測(cè)量裝置中都采用將熱電偶貼于摩擦副表面的預(yù)置測(cè)溫法對(duì)摩擦副溫度的進(jìn)行測(cè)量；專(zhuān)利CN203231817U和CN204440188U采用了紅外測(cè)溫法實(shí)現(xiàn)對(duì)摩擦副接觸界面溫度的測(cè)量。然而，上述測(cè)溫方法捕捉的僅僅是摩擦副附近某一位置或者是某幾處位置的溫度信息，并非直接來(lái)自摩擦表面的接觸區(qū)域，因此測(cè)溫結(jié)果與實(shí)際情況間具有一定偏差。例如，預(yù)埋測(cè)溫法和預(yù)置測(cè)溫法的溫度測(cè)點(diǎn)與摩擦表面存在一定距離，測(cè)溫結(jié)果常常偏低，且存在溫度滯后的現(xiàn)象；紅外測(cè)溫法受到環(huán)境等因素的影響較大，摩擦過(guò)程中復(fù)雜的動(dòng)態(tài)環(huán)境也常導(dǎo)致測(cè)溫結(jié)果存在波動(dòng)現(xiàn)象，嚴(yán)重影響測(cè)溫精度。

雖然有專(zhuān)利提出將多種測(cè)溫方法集中用于同一摩擦副的測(cè)溫系統(tǒng)中，例如：專(zhuān)利CN104964760A和CN104155020A設(shè)計(jì)的摩擦副測(cè)溫系統(tǒng)中同時(shí)用到了預(yù)埋熱電偶測(cè)溫技術(shù)和紅外測(cè)溫技術(shù)，但是在實(shí)際應(yīng)用中僅僅是兩種測(cè)溫方法的簡(jiǎn)單結(jié)合，沒(méi)有將兩者結(jié)果進(jìn)行有機(jī)融合，而且在測(cè)溫誤差處理中，只是做了簡(jiǎn)單的標(biāo)定，測(cè)溫的準(zhǔn)確性與穩(wěn)定性都沒(méi)有得到較好的改善。

因此，本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種摩擦副三點(diǎn)融合測(cè)溫系統(tǒng)，在對(duì)三種測(cè)溫方法的缺陷分別進(jìn)行修正的基礎(chǔ)上，再進(jìn)一步將三種測(cè)溫方法與信息融合技術(shù)有效結(jié)合并運(yùn)用于所設(shè)計(jì)的測(cè)溫系統(tǒng)中，能準(zhǔn)確地獲得摩擦副接觸界面的實(shí)際溫度。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決以上現(xiàn)有難題，本發(fā)明公開(kāi)了一種摩擦副三點(diǎn)融合測(cè)溫系統(tǒng)，可廣泛適用于制動(dòng)摩擦副等各類(lèi)摩擦副的溫度檢測(cè)系統(tǒng)中，其最顯著優(yōu)點(diǎn)是可以克服現(xiàn)有測(cè)溫方法的不足，提高測(cè)溫準(zhǔn)確性。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：一種摩擦副三點(diǎn)融合測(cè)溫系統(tǒng)，包括傳感檢測(cè)系統(tǒng)、信號(hào)采集系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)；所述傳感檢測(cè)系統(tǒng)包括預(yù)埋測(cè)溫傳感器、預(yù)置測(cè)溫傳感器及紅外測(cè)溫傳感器；所述信號(hào)采集系統(tǒng)包括PLC、工業(yè)通訊總線(xiàn)及計(jì)算機(jī)；所述軟件系統(tǒng)包括顯示界面和融合測(cè)溫模型。

所述預(yù)埋測(cè)溫傳感器、預(yù)置測(cè)溫傳感器及紅外測(cè)溫傳感器對(duì)摩擦副接觸界面附近的溫度信息進(jìn)行捕捉并轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，所述電信號(hào)輸出至信號(hào)采集系統(tǒng)中，經(jīng)PLC處理后通過(guò)工業(yè)通訊總線(xiàn)傳送至計(jì)算機(jī)，所述軟件系統(tǒng)的顯示界面實(shí)現(xiàn)所采集到溫度信息的顯示與存儲(chǔ)，并通過(guò)調(diào)用融合測(cè)溫模型得到摩擦副接觸界面的實(shí)際溫度。

所述傳感檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)摩擦副接觸界面的溫度信息進(jìn)行捕捉，并轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸出；所述信號(hào)采集系統(tǒng)對(duì)傳感器輸入的信號(hào)進(jìn)行放大、濾波、A/D轉(zhuǎn)換等處理，降低各種外界噪聲信號(hào)干擾，將采集到的信息進(jìn)行處理后傳送至計(jì)算機(jī)；所述軟件系統(tǒng)顯示界面實(shí)現(xiàn)所采集到溫度信息的顯示與存儲(chǔ)，并通過(guò)調(diào)用融合測(cè)溫模型來(lái)得到摩擦副接觸界面的實(shí)際溫度。

進(jìn)一步地，所述預(yù)埋測(cè)溫傳感器設(shè)于摩擦副預(yù)先處理過(guò)的偶件內(nèi)，通常該摩擦偶件靜止，以便對(duì)傳感器進(jìn)行布置與引線(xiàn)，預(yù)埋測(cè)點(diǎn)設(shè)于摩擦副中心位置，以測(cè)得摩擦界面的平均溫度；所述預(yù)埋測(cè)溫傳感器為熱電偶溫度傳感器。

進(jìn)一步地，所述預(yù)置測(cè)溫傳感器的測(cè)溫探頭設(shè)于摩擦副接觸表面附近的非摩擦區(qū)域，預(yù)置測(cè)點(diǎn)設(shè)于摩擦副運(yùn)動(dòng)部件離開(kāi)摩擦接觸區(qū)域的一側(cè)，通常距離摩擦表面接觸區(qū)域在3cm以?xún)?nèi)；所述預(yù)置測(cè)溫傳感器為熱電偶溫度傳感器。

進(jìn)一步地，所述紅外測(cè)溫傳感器選取摩擦副的接觸區(qū)域作為測(cè)溫視場(chǎng)，該視場(chǎng)設(shè)于摩擦副附近運(yùn)動(dòng)部件離開(kāi)摩擦接觸區(qū)域的一側(cè)，所述紅外測(cè)溫傳感器為紅外溫度傳感器。

本發(fā)明還提供了一種摩擦副三點(diǎn)融合測(cè)溫方法，指的是采用預(yù)埋測(cè)溫法、預(yù)置測(cè)溫法和紅外測(cè)溫法三種方法對(duì)摩擦副接觸界面附近三處不同位置的溫度進(jìn)行測(cè)量，形成一組多源溫度信息，以全面反映摩擦副的溫度特征，并在對(duì)三種測(cè)溫方法的缺陷分別進(jìn)行修正的基礎(chǔ)上，結(jié)合信息融合技術(shù)得到摩擦界面的實(shí)際溫度。

進(jìn)一步地，所述三種測(cè)溫傳感器所測(cè)數(shù)據(jù)與實(shí)際溫度值之間存在一定偏差，通過(guò)相應(yīng)的修正處理，以有效降低該偏差對(duì)融合測(cè)溫模型的影響，該修正處理過(guò)程可嵌入至融合測(cè)溫模型，具體的修正處理方案如下：

1)根據(jù)摩擦學(xué)知識(shí)和熱傳導(dǎo)的相關(guān)規(guī)律，推導(dǎo)摩擦界面溫度與預(yù)埋測(cè)點(diǎn)溫度之間的偏差規(guī)律，修正因摩擦副溫度梯度效應(yīng)引起的所述預(yù)埋測(cè)溫法與摩擦界面實(shí)際溫度之間的偏差；

2)采用線(xiàn)性回歸等方式，修正因預(yù)置測(cè)點(diǎn)溫度滯后于摩擦界面溫度引起的所述預(yù)置測(cè)溫法與摩擦界面實(shí)際溫度之間的偏差；

3)采樣數(shù)字濾波技術(shù)，改善因光電干擾而引起的所述紅外測(cè)溫法的溫度波動(dòng)現(xiàn)象。

進(jìn)一步地，所述融合測(cè)溫模型建立的步驟如下：

步驟一，確定樣本集數(shù)據(jù)；在本模型中，選用的訓(xùn)練樣本集tr與檢驗(yàn)樣本集te皆由三輸入、一輸出組成，輸入樣本為上述三種測(cè)溫傳感器所得數(shù)據(jù)經(jīng)修正處理后的溫度序列T_A、T_B、T_C，輸出樣本為標(biāo)準(zhǔn)溫升溫度序列T_D，通常該組標(biāo)準(zhǔn)溫升溫度序列可通過(guò)開(kāi)展模擬試驗(yàn)來(lái)獲??；

步驟二，進(jìn)行預(yù)處理；將上述四組溫度序列T_A、T_B、T_C、T_D歸一化處理，將樣本數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為0～1范圍內(nèi)的數(shù)，得到新的溫度序列T^*_A、T^*_B、T^*_C、T^*_D，避免不同量值對(duì)融合模型影響；

步驟三，合理選擇重要模型參數(shù)；

步驟四，利用上述歸一化處理后的訓(xùn)練樣本集數(shù)據(jù)tr對(duì)融合測(cè)溫模型進(jìn)行訓(xùn)練；

步驟五，利用上述歸一化處理后的檢驗(yàn)樣本集數(shù)據(jù)te對(duì)已訓(xùn)練好的模型進(jìn)行檢驗(yàn)；檢驗(yàn)測(cè)溫精度能否達(dá)到需求，如果沒(méi)有達(dá)到需求，重新選擇模型參數(shù)，進(jìn)行模型的訓(xùn)練與檢驗(yàn)，直至獲得滿(mǎn)意的融合測(cè)溫模型。

采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明的有益效果為：將目前最常用的三種摩擦副測(cè)溫方法集中應(yīng)用于本測(cè)溫系統(tǒng)中，對(duì)三種測(cè)溫方法的缺陷進(jìn)行初始修正處理，并設(shè)計(jì)了融合測(cè)溫模型，根據(jù)三種測(cè)溫傳感器所測(cè)溫度可以準(zhǔn)確得到摩擦副接觸界面的實(shí)際溫度，本發(fā)明能全面反映摩擦副接觸界面的溫度信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)摩擦副接觸界面溫度的準(zhǔn)確檢測(cè)和實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

附圖說(shuō)明

圖1為摩擦副三點(diǎn)融合測(cè)溫系統(tǒng)組成示意圖；

圖2為盤(pán)式結(jié)構(gòu)的制動(dòng)摩擦副三點(diǎn)融合測(cè)溫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為預(yù)埋測(cè)溫傳感器結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為溫度監(jiān)測(cè)軟件顯示界面示意圖；

圖5為建立支持向量機(jī)融合測(cè)溫模型的流程圖。

其中，001、制動(dòng)盤(pán)，002、摩擦片，100、傳感檢測(cè)系統(tǒng)，101、預(yù)埋測(cè)溫傳感器，102、預(yù)置測(cè)溫傳感器，103、紅外測(cè)溫傳感器，200、信號(hào)采集系統(tǒng)，201、PLC，202、工業(yè)通訊總線(xiàn)，203、計(jì)算機(jī)，300、軟件系統(tǒng)，301、顯示界面，302、融合測(cè)溫模型，A、摩擦轉(zhuǎn)矩-時(shí)間曲線(xiàn)，B、融合測(cè)溫-時(shí)間曲線(xiàn)，C、紅外測(cè)溫-時(shí)間曲線(xiàn)，D、預(yù)置測(cè)溫-時(shí)間曲線(xiàn)，E、預(yù)埋測(cè)溫-時(shí)間曲線(xiàn)。

具體實(shí)施方式

下面以盤(pán)式結(jié)構(gòu)的制動(dòng)摩擦副為例，結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。

如圖1所示，本發(fā)明的摩擦副三點(diǎn)融合測(cè)溫系統(tǒng)包括傳感檢測(cè)系統(tǒng)100、信號(hào)采集系統(tǒng)200和軟件系統(tǒng)300；所述傳感檢測(cè)系統(tǒng)100包括預(yù)埋測(cè)溫傳感器101、預(yù)置測(cè)溫傳感器102及紅外測(cè)溫傳感器103；所述信號(hào)采集系統(tǒng)200包括PLC201、工業(yè)通訊總線(xiàn)202及計(jì)算機(jī)203；所述軟件系統(tǒng)300包括顯示界面301和融合測(cè)溫模型302。

所述預(yù)埋測(cè)溫傳感器101、預(yù)置測(cè)溫傳感器102及紅外測(cè)溫傳感器103對(duì)摩擦副接觸界面的溫度信息進(jìn)行捕捉并轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，所述電信號(hào)輸出至信號(hào)采集系統(tǒng)200中，經(jīng)PLC201處理后通過(guò)工業(yè)通訊總線(xiàn)202傳送至計(jì)算機(jī)203，所述軟件系統(tǒng)300的顯示界面301實(shí)現(xiàn)所采集到溫度信息的顯示與存儲(chǔ)，并通過(guò)調(diào)用融合測(cè)溫模型302得到摩擦副接觸界面的實(shí)際溫度。

所述預(yù)埋測(cè)溫傳感器101設(shè)于摩擦副預(yù)先處理過(guò)的偶件內(nèi)。所述預(yù)置測(cè)溫傳感器102的測(cè)溫探頭設(shè)于偶件摩擦表面附近區(qū)域。所述紅外測(cè)溫傳感器103紅外視場(chǎng)設(shè)于摩擦副接觸區(qū)域。

下面結(jié)合圖2與圖3，以盤(pán)式制動(dòng)器為例，對(duì)所述的三種傳感器的測(cè)點(diǎn)位置作進(jìn)一步描述。

如圖2與圖3所示，將熱電偶傳感器預(yù)先埋入摩擦片002一定深度，以實(shí)現(xiàn)預(yù)埋測(cè)溫傳感器101的布置與安裝；在制動(dòng)盤(pán)001的表面摩擦半徑的位置預(yù)先安置熱電偶傳感器，以實(shí)現(xiàn)預(yù)置測(cè)溫傳感器102的布置與安裝；選取制動(dòng)盤(pán)001與摩擦片002接觸區(qū)域作為紅外測(cè)溫的視場(chǎng)，以實(shí)現(xiàn)紅外測(cè)溫傳感器103的布置與安裝。

具體而言，預(yù)埋測(cè)溫傳感器101選用熱電偶螺釘，對(duì)摩擦片002中部摩擦半徑位置進(jìn)行鉆孔改造，熱電偶螺釘通過(guò)螺紋連接方式安裝在摩擦片002內(nèi)，傳感器探頭的位置距離摩擦表面5mm左右；預(yù)置測(cè)溫傳感器102安裝時(shí)需要適當(dāng)調(diào)整與制動(dòng)盤(pán)001的距離，使得傳感器探頭上觸片與制動(dòng)盤(pán)001表面剛好貼合，預(yù)置熱電偶設(shè)于制動(dòng)副接觸區(qū)域附近，安裝在制動(dòng)盤(pán)001轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)離開(kāi)摩擦接觸區(qū)域的一側(cè)；紅外測(cè)溫傳感器103安裝在可調(diào)裝置上，通過(guò)改變其位置以找到最合適的紅外視場(chǎng)，在進(jìn)行位置調(diào)整時(shí)，可以用熱源對(duì)摩擦接觸區(qū)域加熱，觀察溫度的變化以確定紅外傳感器103的最合適位置，紅外測(cè)溫視場(chǎng)設(shè)于制動(dòng)盤(pán)001轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)離開(kāi)摩擦接觸區(qū)域的一側(cè)。

本發(fā)明還提供了一種摩擦副三點(diǎn)融合測(cè)溫方法，指的是采用預(yù)埋測(cè)溫法、預(yù)置測(cè)溫法和紅外測(cè)溫法三種方法對(duì)摩擦副接觸界面附近三處不同位置的溫度進(jìn)行測(cè)量，形成一組多源溫度信息，以全面反映摩擦副的溫度特征，在對(duì)三種測(cè)溫方法的缺陷分別進(jìn)行修正的基礎(chǔ)上，結(jié)合信息融合的技術(shù)以得到摩擦副接觸界面的實(shí)際溫度，并將此溫度值在計(jì)算機(jī)上顯示并儲(chǔ)存。

所述三種測(cè)溫傳感器所測(cè)數(shù)據(jù)與實(shí)際溫度值間存在一定偏差，通過(guò)相應(yīng)的修正處理，以有效降低該偏差對(duì)融合測(cè)溫模型的影響，該修正處理過(guò)程可嵌入至融合測(cè)溫模型，具體的修正處理方案如下：

1)根據(jù)摩擦學(xué)知識(shí)和熱傳導(dǎo)的相關(guān)規(guī)律，推導(dǎo)摩擦界面溫度與預(yù)埋測(cè)點(diǎn)溫度之間的偏差規(guī)律，修正因摩擦片溫度梯度效應(yīng)引起的所述預(yù)埋測(cè)溫與摩擦界面實(shí)際溫度之間的偏差；

2)采用線(xiàn)性回歸等方式，修正因預(yù)置測(cè)點(diǎn)溫度滯后于摩擦界面溫度引起的所述預(yù)置測(cè)溫與摩擦界面實(shí)際溫度之間的偏差；

3)采樣數(shù)字濾波技術(shù)，改善因光電干擾而引起的所述紅外測(cè)溫溫度波動(dòng)現(xiàn)象。

如圖2和圖4所示，所述的顯示界面301由LabVIEW編寫(xiě)，融合測(cè)溫模型302由MATLAB編寫(xiě)的支持向量機(jī)算法構(gòu)建，三種測(cè)溫方法的修正處理程序嵌入至融合測(cè)溫模型之中，LabVIEW通過(guò)MATLAB Script節(jié)點(diǎn)技術(shù)對(duì)MATLAB中的程序進(jìn)行調(diào)用。

如圖5所示，以支持向量機(jī)算法構(gòu)建的融合測(cè)溫模型為例，模型建立步驟如下：

步驟一，確定樣本集數(shù)據(jù)；在本模型中，選用的訓(xùn)練樣本集tr與檢驗(yàn)樣本集te皆由三輸入、一輸出組成：輸入樣本為上述三種測(cè)溫傳感器所得數(shù)據(jù)經(jīng)處理后的溫度序列T_A、T_B、T_C，輸出樣本為標(biāo)準(zhǔn)溫升溫度序列T_D，標(biāo)準(zhǔn)溫升溫度序列可通過(guò)開(kāi)展模擬試驗(yàn)來(lái)獲??；

步驟二，數(shù)據(jù)預(yù)處理；對(duì)上述四組溫度序列T_A、T_B、T_C、T_D歸一化處理，將樣本數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為0～1范圍內(nèi)的數(shù)，得到新的序列T^*_A、T^*_B、T^*_C、T^*_D，以避免不同溫度量值對(duì)融合模型的影響；

步驟三，利用交叉驗(yàn)證等方法來(lái)合理選擇核函數(shù)參數(shù)、懲罰因子等重要支持向量機(jī)融合模型參數(shù)；

步驟四，利用上述歸一化處理后的訓(xùn)練樣本集數(shù)據(jù)tr對(duì)融合測(cè)溫模型進(jìn)行訓(xùn)練；

步驟五，利用上述歸一化處理后的檢驗(yàn)樣本集數(shù)據(jù)te對(duì)已訓(xùn)練好的模型進(jìn)行檢驗(yàn)；檢驗(yàn)測(cè)溫精度是否達(dá)到需求，如果沒(méi)有達(dá)到需求，重新選擇支持向量機(jī)模型參數(shù)，進(jìn)行模型的訓(xùn)練與檢驗(yàn)，直至獲得滿(mǎn)意的融合測(cè)溫模型。

以上對(duì)本發(fā)明及其實(shí)施方式進(jìn)行了描述，這種描述沒(méi)有限制性，附圖中所示也只是本發(fā)明的實(shí)施方式之一，實(shí)際的結(jié)構(gòu)并不局限于此?？偠灾绻绢I(lǐng)域的普通技術(shù)人員受其啟示，在不脫離本發(fā)明創(chuàng)造宗旨的情況下，不經(jīng)創(chuàng)造性的設(shè)計(jì)出與該技術(shù)方案相似的結(jié)構(gòu)方式及實(shí)施例，均應(yīng)屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。