薄膜热电偶的动态校准及辨识建模

　　1.引言

　　在表面瞬态温度的测量中，可以采用薄膜热电偶作为传感器，目前，对薄膜热电偶动态特性的实验研究，还局限于依据动态校准实验曲线粗略估计反映其动态特性的时间常数[1-2]。这样，对用于表面瞬态高温测量的薄膜热电偶的动态特性研究，存在以下问题:(1)动态校准实验中的输入信号，并不能简单地视为阶跃温度信号，因此，严格地说，不能从传感器的输出曲线直接估计其动态特性;(2)实验曲线不可避免地带有一些噪声，也影响了直接估计的准确性。因此，系统的动态性能指标最好由它的数学模型计算才比较合理[3]。

　　为此，本文在一种用于瞬态高温测量的薄膜热电偶的动态特性研究中，采用激光脉冲加热薄膜热电偶表面的方法进行了动态校准实验，利用红外测温仪获得了热电偶表面的瞬时温升。然后采用系统辨识方法建立r薄膜热电偶传感器的动态数学模型，并据此模型给出了薄膜热电偶的动态性能指标。

　　2动态校准实验

　　普通温度传感器动态校准常用的方法有热风洞法和电加热后迅速水冷产生负阶跃温度的方法等[4]，但对用于瞬态测温的薄膜热电偶来说，这些方法并不适宜。目前，对于这类薄膜热电偶的动态该准还没有统一的标准，因而所采用的实验方法也较多。

　　本文根据所研究的薄膜热电偶的使用条件，采用了一种较合适的动态校准实验方法，即用一台较大功率且可调Q的脉冲激光器作为热源，将其产生的脉冲激光施加到薄膜热电偶传感器的镀膜层表面，当激光照射到传感器表面时，传感器表面产生瞬时温升，并以热传导方式向薄膜内部传递，使薄膜内部温度升高。用频带宽、精度高的红外测温仪测出传感器表面的瞬时温升作为传感器的输入信号，利用双通道瞬态记录仪同时记录热电偶和红外测温仪的输出信号。动态校准实验装置示意图如图1所示，实验曲线如图2所示。

　　3辨识建模

　　设薄膜热电偶的非线性误差可以忽略不计，则可以用系统辨识的办法来建立其动态数学模型。针对测量中动态校准实验条件的特殊性，本文采用一种带有特殊白化滤波器的递推极大似然法(RML (SF ))来建立薄膜热电偶的动态数学模型。测量中动态校准实验条件的特殊性主要是指:(1)动态校准的激励信号一般是很好的或比较好的，其输入噪声通常可以忽略不计;(2)输出噪声主要是观测噪声，没有明显的相关性，可以近似地视为白噪声。在这种情况下，与一般的递推极大似然法(RML)相比，RML (SF)法有着许多优点:(1)降低了算法中向量与矩阵的维数，减少了计算量;(2)避免了对数据滤波器的定阶问题;(3)克服了滤波器参数较模型参数收敛速度慢对辨识精度及收敛速度的影响。总之，RML (SF)法具有辨识精度高、收敛速度快、稳定性好、计算量小等特点。