一种基于薄膜热电偶测温数据的热障涂层表面/界面温度AI校准方法

本技术涉及测温校准领域，特别是涉及一种基于薄膜热电偶测温数据的热障涂层表面/界面温度ai校准方法。

背景技术：

1、随着航空发动机技术的不断成熟，发动机在实现更高推重比的同时，其工作温度也显著提升。为应对高温环境，对发动机叶片等受热部件表面施加热障涂层，已成为关键的高温防护手段。典型的服役涡轮叶片表面的热障涂层结构，共包括四个部分，即陶瓷层（topcoating，tc）、粘结层（bond coating，bc）、高温合金基底以及在陶瓷层与粘结层之间形成的热生长氧化层（thermally grown oxide，tgo）。涂层界面失效类型可以分为两种，一是界面处的涂层间热应力失配引起的失效，由于涂层中每一层的自身性能不同，如陶瓷层和金属层的热膨胀系数相差较大，在热载荷作用下产生很大的热应力，易在界面缺陷处形成应力集中，促进微裂纹的产生，在随后的热循环过程中微裂纹将连通形成宏观可见的裂纹。另一种引起失效的原因是界面处产生的tgo所引起的裂纹萌生和扩展，热障涂层在高温服役状态下在原有的陶瓷层和金属粘结层之间生成一层tgo，且tgo的厚度随界面处所经历的温度的升高而成倍增加，随着服役时间的增加，tgo层与ysz（yttria-stabilized zirconia，氧化钇稳定氧化锆）陶瓷层界面处产生tgo导致的热应力不断增加。由此可见，涂层层内失效和界面失效的进程均由其所经历的温度决定。当服役过程中，叶片表面温度过高时，并且tbc（thermal barrier coating，热障涂层）系统自身为典型的多层异质结构，各层之间的性能参数不匹配，界面间温度梯度过大，将会导致tbc系统局部减薄甚至剥落，暴露出的金属基体温度将异常上升，进而诱发的热疲劳或蠕变损伤将急剧加速热端部件使用寿命的下降，威胁燃气轮机/航空发动机的安全运行，导致重大事故发生。因此，准确测量燃气轮机/航空发动机热端部件表面温度分布，以及tbc系统内的温度梯度变化，了解tbc的真实隔热效果，对研究其失效机制、寿命预测以及发动机的安全使用至关重要。目前大型航空航天飞行器均被存在着需要进行温度监测的热端部件，对测温和的精度稳定性提出了更高的要求。因此，亟需可靠的测试技术提供准确的航空发动机服役环境下的温度信息数据，而目前在服役高温环境下，热障涂层隔热性能的连续、瞬态和实时的测量数据匮乏。因此设计一种标准严格且测温精度高的测温部件迫在眉睫。

技术实现思路

1、本技术的目的是提供一种基于薄膜热电偶测温数据的热障涂层表面/界面温度ai校准方法，可在服役高温环境下实现测温，且提高测温精度。

2、为实现上述目的，本技术提供了如下方案：

3、第一方面，本技术提供了一种基于薄膜热电偶测温数据的热障涂层表面/界面温度ai校准方法，所述方法应用于采用夹层式薄膜热电偶测温结构的样品中；所述夹层式薄膜热电偶测温结构包括：基底以及在基底上由下向上依次沉积的粘结层、绝缘层、第一薄膜热电偶层、陶瓷层、第二薄膜热电偶层以及保护层；

4、所述方法包括：

5、获取样品对应的红外比色测温结果以及薄膜热电偶信号；所述薄膜热电偶信号包括：涂层表面温度和陶瓷层/粘结层界面温度；所述薄膜热电偶信号是在实验阶段采用设置在薄膜热电偶层的热电臂的末端的热电偶连接线进行温度测量后得到的；所述红外比色测温结果是采用红外比色测温仪进行非接触式采集得到的；所述薄膜热电偶层包括：第一薄膜热电偶层和第二薄膜热电偶层；

6、基于所述涂层表面温度以及所述红外比色测温结果，对红外比色测温仪进行修正和校准，以在夹层式薄膜热电偶测温结构服役状态监测过程中，进行表面校准温度的持续获取；

7、根据参数数据以及所述陶瓷层/粘结层界面温度，基于沿涂层厚度方向的导热特性，构建面向陶瓷层/粘结层界面温度的预测模型；所述参数数据包括：燃气侧工况参数、基体背面冷却工况参数、涂层厚度以及所述表面校准温度；

8、基于所述预测模型，在夹层式薄膜热电偶测温结构服役状态监测过程中，进行界面温度的ai校准预测。

9、在一实施方式中，所述方法还包括：对所述夹层式薄膜热电偶测温结构进行标定；

10、其中，进行标定的过程具体包括：

11、获取样品的测量数据；所述测量数据包括采用预设标准s型热电偶测量的热端数据，以及，所述夹层式薄膜热电偶测温结构的电压数据；所述预设标准s型热电偶和所述夹层式薄膜热电偶测温结构均作用于样品的热结点位置处；

12、基于所述测量数据进行拟合标定，得到薄膜热电偶层的热电特性曲线信息；所述热电特性曲线信息用以表征电压数据对应的热电势与热端数据中的温度之间的定量对应关系。

13、在一实施方式中，基于所述测量数据进行拟合标定，得到薄膜热电偶层的热电特性曲线信息，包括：

14、采用五阶多项式，基于所述测量数据进行拟合标定，得到薄膜热电偶层的热电特性曲线信息；所述五阶多项式对应的表达式为：

15、；

16、其中，为电压数据对应的热电势；为热电多项式的五次项系数；为热端数据中的温度；为室温温度值；为热电多项式的四次项系数；为热电多项式的三次项系数；为热电多项式的二次项系数；为热电多项式的一次项系数。

17、在一实施方式中，所述燃气侧工况参数包括：燃气流量、燃气温度以及燃气速度；所述基体背面冷却工况参数包括：基体背面温度、背面冷气温度以及背面冷气流量；

18、所述基体背面温度是采用点焊机将预设标准k型热电偶焊接于基体背面得到的。

19、在一实施方式中，沿涂层厚度方向的导热特性，具体包括：

20、在进行喷火实验过程中，热量由所述陶瓷层表面向陶瓷层/粘结层界面传递，传热过程近似视为沿涂层厚度方向的一维导热过程；其中，根据傅里叶导热定律，所述陶瓷层内部热流密度与温度梯度之间满足：

21、；

22、当陶瓷层厚度为、陶瓷层表面温度为陶瓷层/粘结层界面温度为时，将陶瓷层内部温度梯度表示为：

23、；

24、；

25、其中，为热流密度；为陶瓷层热导率；为温度；为沿陶瓷层厚度方向的坐标；表示陶瓷层沿厚度方向形成的隔热温差。

26、在一实施方式中，根据参数数据以及所述陶瓷层/粘结层界面温度，基于沿涂层厚度方向的导热特性，构建面向陶瓷层/粘结层界面温度的预测模型，具体包括：

27、将陶瓷层沿厚度方向形成的隔热温差作为预测对象，将包含陶瓷层表面温度、背面冷气流量、背面冷气温度、喷枪距离、燃气流量、氧气流量以及测试时间的参数数据作为模型输入，将陶瓷层表面温度与陶瓷层/粘结层界面薄膜热电偶测得的陶瓷层/粘结层界面温度之间的差值作为模型训练标签，建立输入参数与陶瓷层隔热温差之间的非线性映射关系，以得到面向陶瓷层/粘结层界面温度的预测模型；

28、

=；

29、；

30、其中，为预测的陶瓷层隔热温差；为预测模型；为隔热温差。

31、在一实施方式中，基于所述预测模型，计算得到预测界面温度：

32、；

33、其中，为预测界面温度。

34、第二方面，本技术提供了一种计算机设备，包括：存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序以实现上述所述的基于薄膜热电偶测温数据的热障涂层表面/界面温度ai校准方法。

35、第三方面，本技术提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述所述的基于薄膜热电偶测温数据的热障涂层表面/界面温度ai校准方法。

36、第四方面，本技术提供了一种计算机程序产品，包括计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述所述的基于薄膜热电偶测温数据的热障涂层表面/界面温度ai校准方法。

37、根据本技术提供的具体实施例，本技术公开了以下技术效果：

38、本技术提供了一种基于薄膜热电偶测温数据的热障涂层表面/界面温度ai校准方法，通过获取样品对应的红外比色测温结果以及薄膜热电偶信号；基于涂层表面温度以及红外比色测温结果，对红外比色测温仪进行修正和校准，以在夹层式薄膜热电偶测温结构服役状态监测过程中，进行表面校准温度的持续获取。换言之，进行校准修正后，涂层的表面温度也就是表面校准温度主要通过红外比色测温仪进行无接触式获取，无需持续依赖薄膜热电偶。根据参数数据以及陶瓷层/粘结层界面温度，基于沿涂层厚度方向的导热特性，构建面向陶瓷层/粘结层界面温度的预测模型；基于预测模型，在夹层式薄膜热电偶测温结构服役状态监测过程中，进行界面温度的ai校准预测，从而实现在后续服役状态的监测过程中，仅需基于包括表面校准温度的参数数据即可实现界面温度的快速预测，减少对埋入式界面薄膜热电偶的依赖。由此，本技术可在服役高温环境下实现测温，且通过对红外比色测温仪进行修正和校准，以及基于预测模型进行界面温度的ai校准预测提高测温精度。