声学法温度场检测技术研究

论文摘要

声层析成像温度场检测技术是在近年来发展较快的一种新型测温技术。该技术由于其非接触,测温范围广(0～1900℃),测量对象空间范围大(可达数十米),精度高,实时测量,维护方便等优点,常应用于工业炉炉温的在线检测等领域。本文对声层析成像温度场检测技术进行了简要介绍,对国内外该技术的研究现状做了概述。阐述了声学测温的基本原理和声波飞行时间测量装置。介绍了声学法温度场图像重建算法的基本思想和声波弯曲路径效应对温度场重建的影响。本文重点研究了声波在声波发射器和接收器之间的飞行时间的测量问题。受采样间隔的限制,直接对采样信号作互相关并寻峰所确定的声波飞行时间精度较低。本文采用互相关和插值算法相结合的方法降低等效采样间隔,提高声波飞行时间测量精度。论文重点论述了该方法,并给出详细的仿真实验结果。本文还提出了一种基于预优化变换的指数温度场重建算法,并论述了运用此算法重建温度场时如何考虑声波弯曲效应以提高温度场重建精度。论文给出了该算法的详细的仿真研究结果。本文详细介绍了所组建的声学法温度场检测实验系统,叙述了该系统的工作过程。在实验室条件下,对系统实验装置进行了性能测试。将互相关和插值相结合的声波飞行时间测量法应用于实际系统,验证了该方法的有效性;将基于预优化变换的指数温度场重建算法嵌入到系统上位机软件,实现了被测区域温度场重建。系统实验结果表明:所组建的声学法温度场检测实验系统能够较好的重建出被测温度场的温度,验证了系统的可行性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 温度测量方法概述
• 1.1.1 接触测量法
• 1.1.2 非接触测量法
• 1.2 声层析成像温度场检测技术国内外应用和研究现状
• 1.3 课题的主要任务和内容
• 1.4 小结
• 第二章 声学法温度场检测基本原理
• 2.1 声学法测温基本理论
• 2.2 声学法温度场检测系统
• 2.3 声波飞行时间测量
• 2.4 声学测温存在的问题
• 2.5 小结
• 第三章 基于互相关和插值运算的声波飞行时间测量
• 3.1 声波飞行时间互相关测量及主要误差来源
• 3.2 用插值运算降低等效采样间隔
• 3.3 基于互相关和插值运算的飞行时间测量法有效性验证
• 3.3.1 基于互相关和插值运算的声波飞行时间测量
• 3.3.2 计算机仿真软件MATLAB
• 3.3.3 仿真实验设计
• 3.3.4 无噪声时声波飞行时间测量的仿真研究
• 3.3.5 有噪声时声波飞行时间测量的仿真研究
• 3.3.6 仿真结论
• 3.4 小结
• 第四章 声学法温度场重建算法研究
• 4.1 温度场重建算法的基本思想
• 4.2 考虑声波路径弯曲效应的温度场重建
• 4.3 预优化变换的指数温度场重建算法
• 4.4 预优化变换的指数温度场重建算法仿真研究
• 4.4.1 工业炉二维温度场数学模型的建立
• 4.4.2 二维温度场重建仿真结果分析
• 4.4.3 弯曲效应对重建精度的影响
• 4.5 小结
• 第五章 声学法温度场检测系统开发及实验
• 5.1 声学法温度场检测系统实验装置
• 5.2 实验装置性能测试
• 5.2.1 测试24条声波路径的声波飞行时间
• 5.2.2 插值运算改善测量精度的实验验证
• 5.2.3 室温温度场重建
• 5.3 结果分析
• 5.4 小结
• 第六章 结论
• 参考文献
• 在学研究成果
• 致谢