以基于紅外熱成像機理測量真空絕熱板(VIP)的真空度為研究對象。鑒于目前此方案測量真空度存在精度低的問題，本文提出一種基于BP神經網絡的真空度測量精度改進方法。針對BP神經網絡存在易陷入局部最優、收斂速度慢等缺陷，本文巧妙利用思維進化算法優化BP神經網絡的初始權值和閾值，從而彌補以上缺陷。最終實驗結果表明，利用思維進化算法優化BP神經網絡創建的數學模型大大提高了真空絕熱板真空度的測量精度，其實際測量精度優于2%。因此，本文所提方法具有廣泛推廣的應用價值。

　　真空絕熱板(Vacuum Insulation Panel，VIP)是當今世界上最先進的高效保溫材料，相當于普通絕熱材料的十倍甚至更高，而其厚度僅為普通絕熱材料的1/7，因此具有環保和高效節能的特性。VIP主要依靠其內部的真空度來提高絕熱性能。VIP內部真空度越高，其導熱系數則越低，保溫效果則越佳。在生產制造VIP的過程中，對生產高真空度的VIP提出了較高的要求，因此有必要精確測量VIP的真空度。另外，VIP使用長久之后，氣體會滲透到板內，使板內真空度破壞，引起導熱系數提高，保溫性能下降。因此，為了檢測VIP的老化程度，也有必要精確測量VIP的真空度。

　　本文以基于熱紅外技術測量真空絕熱板真空度為研究對象。然而目前此方案測量真空絕熱板真空度一般會導致10%的誤差。鑒于上述測量精度低的問題，本文致力于研究出一種基于思維進化算法優化BP神經網絡的測量精度改進方法。其測量范圍為1～100Pa，測量時間約為3min。最終實驗結果表明，實際測量精度優于2%。

1、基于紅外熱成像機理的VIP真空度測量原理

　　圖1所示為VIP導熱系數與其內部氣體壓強的關系曲線。從圖1中可以看出，當內部氣體壓強下降到10kPa時，VIP導熱系數維持為常數；當內部氣體壓強在1～10³ Pa之間，VIP導熱系數隨內部氣體壓強呈線性變化；當內部氣體壓強低于1Pa時，VIP導熱系數逐漸減小且趨于常數。所以，在生產制作VIP時，選擇VIP板內的真空度通常在1Pa以下。

圖1 VIP導熱系數與內部氣體壓強的關系曲線

　　紅外熱成像機理就是利用光學系統和紅外探測器接受被測目標的紅外輻射能量，然后將能量分布圖反映到紅外探測器的光敏元件上，從而獲得紅外熱像圖。

　　在傳熱學中，熱量傳遞有導熱、對流和熱輻射三種基本方式。導熱、對流這兩種熱量傳遞方式只在有物質存在的條件下才能實現，而在真空環境下，物體以輻射方式傳遞熱量最為有效。根據Stefan-Boltzmann定律描述了黑體輻射力隨表面溫度的變化規律，即

　　式中，E(T)為黑體的輻射熱流密度；σ=5.67×10^-8 W/(m²·K⁴)，稱為黑體輻射常數；T 為黑體表面的熱力學溫度。由Stefan-Boltzmann定律可知，黑體的輻射熱流密度隨溫度升高而迅速增大。設一個電阻被內置于表面積為A 的VIP內部，VIP處于溫度為Tsurr的環境中。當電阻被加熱到溫度Ts時，電阻與周圍環境之間的凈輻射傳熱量為

　　式中，ε為電阻的表面發射率，取值范圍為0～1，是描述電阻與黑體在發射熱輻射能力上差別的物理量。在室溫相同，置于VIP內部電阻的初始溫度(遠高于室溫)相同的條件下，VIP內部氣體壓強越大，電阻熱輻射強度的變化也就越快，紅外探測器采集到的紅外熱像圖變化也就越快。為了改善熱像圖的畫質，使圖像顯示效果更加清晰，本文將獲得的熱像圖通過MATLAB進行灰度變換處理，轉化為灰度圖像。當電阻的輻射強度越大，圖像的灰度值則越高，也就越亮。

2、測量系統的建立

　　根據上述VIP真空度測量原理，設計測量系統的整體框圖如圖2所示。

圖2　測量系統的整體框圖

　　該測量系統的工作流程為：首先在PC機軟件界面上按下“開始檢測”按鈕，該信號通過232串口通信模塊傳送給PIC單片機模塊，然后PIC單片機產生一有效電平啟動無線供電模塊。無線供電模塊基于磁耦合共振技術，將能量無線傳送給內置熱輻射模塊中的無線供電接收電路，從而為整個內置熱輻射模塊供電。此時內置熱輻射模塊中的被加熱電阻開始加熱，紅外探測器接收到被加熱電阻的紅外輻射，此時光信號轉換為電信號。該電信號經信號調理電路、圖像采集卡轉換為數字信號，再傳送給PC機。當內置熱輻射模塊中的被加熱電阻達到預設的溫度值時，其內部的加熱控制電路自動控制被加熱電阻停止加熱。在相同環境溫度，相同的被加熱電阻(被置于VIP內部的位置、初始溫度均相同)的條件下，由于不同VIP板的內部氣體壓強存在差異，導致電阻熱輻射強度的變化不同。最后將采集到的紅外熱像圖，經圖像處理、算法分析，計算得到VIP的真空度。

3、結論

　　MEA和BPNN作為一種分析問題、解決問題的新方法，目前已廣泛應用于非線性函數逼近、機器人控制、故障診斷等眾多領域。本文提出利用MEA優化BPNN 初始權值和閾值的方法，從而進行VIP真空度測量中的非線性補償。最終實驗結果表明，該方法不但實現了全局最優的目標，而且彌補了以往真空度測量中測量精度低的缺陷。因此，本文所提方法具有廣泛推廣的應用價值，有利于推動國內高精度真空度測量的發展。