[发明专利]一种电弧加热器在线监测方法

说明书

本发明公开了一种电弧加热器在线监测方法，包括：步骤一、通过数据处理终端分别采集位于风洞试验段前端的电弧加热器内部弧室的压力、电弧电压、电弧电流、前后电极的表面温度；步骤二、根据历史试验数据分析，得到预测电压U_pre、预测温度T1_his和T2_his；步骤三、得到本次试验中的电弧电压U、前后电极温度T1和T2；并设定异常状态判断规则；步骤四、在试验过程中，根据判断规则对电弧加热器进行监控关断等处理。本发明中所提供的方法，可实现多参数耦合的电弧加热器在线监测，能够用于电弧加热器运行状态的在线监测与故障诊断，提高了电弧加热器运行稳定性，确保防热试验的安全有序进行。

技术领域

本发明涉及电弧加热器故障诊断技术领域，具体为一种基于多参数耦合的电弧加热器在线监测方法。

背景技术

大功率电弧加热器是是模拟高超声速飞行器长时间所经历气动热环境的重要地面试验设备，已经广泛应用在军事航天领域，电弧加热器的工作状态和其产生的气流品质直接决定试验数据的质量。电弧加热器一般通过高电压击穿加热器前后电极间的空气间隙形成电弧，并利用旋转磁场将电弧束缚在加热器空间内，对流过加热器的高速气体进行持续加热，从而形成试验所需要的高温流场环境。

为满足数百秒甚至上千秒的长时间气动热试验需求，目前普遍采用高压水对加热器电极与压缩片进行强制冷却，但大功率电弧带来的高温环境会对加热器内表面造成烧蚀效应，同时电弧弧根刻蚀也会影响电极的寿命。因此加热器长时间运行存在着烧穿漏水的严重风险，在没有及时关停试验的前提下甚至会造成加热器与试验模型损毁的结果，这不仅会造成巨大的经济损失，还严重影响相关试验的进度。为了解决上述问题，本发明提出了一种电弧加热器在线监测方法，对电弧加热器烧损故障进行诊断、预测及控制。利用对加热器电流电压的在线监测与预测、电极红外图像的测量、电极寿命的预测等方法，实现多参数耦合的电弧加热器在线监测。

发明内容

本发明的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种电弧加热器在线监测方法，包括：

步骤一、通过数据处理终端分别采集位于风洞试验段前端的电弧加热器内部弧室的压力、电弧电压、电弧电流、前后电极的表面温度；

步骤二、在历史试验中，将采集到的内部弧室的压力、电弧电压、电弧电流作为机器学习的训练数据，采用预测算法，得到随时间变化的预测电压Upre；分别记录下与Upre同时刻相对应的前后电极的表面温度，得到预测温度T1his和T2his；

步骤三、在本次试验中，采集到电弧加热器的电弧电压U、前后电极的表面温度T1、T2；设定规则：在U与Upre、T1与T1his、T2与T2his三组数据中，如果至少有一组数据在同一时刻差异值超过10％，则判定电弧加热器出现异常状态；

步骤四、在试验过程中，当出现设定规则的异常状态后，数据处理终端立即发送指令给电弧加热器的控制系统，切断电弧加热器的供电、供气与供水。

优选的是，其中，步骤一中，通过安装在电弧传感器的后电极后端的弧室压力传感器测量电弧加热器内部弧室的压力；

优选的是，其中，步骤一中，通过安装在电弧传感器的高压电源上的电弧电压霍尔传感器测量电弧电压；

优选的是，其中，步骤一中，通过安装在电弧传感器的电源线上的电弧电流霍尔传感器测量电弧电流；

优选的是，其中，步骤一中，通过安装在电弧加热器前后电极旁边的红外测温相机分别测量前后电极的表面温度。

优选的是，其中，步骤一中，所述电弧加热器可被配置为焓值范围在10～30MJ/kg的片式电弧加热器，或管式电弧加热器；