声学法测温中的声波飞渡时间测量

论文摘要

近年来,基于声层析成像的温度场检测技术逐渐被应用于工业炉炉内温度的测量中,并得到了快速的发展。本文对层析成像技术进行了简要介绍,对国内外声学高温计的研究现状做了概述,阐述了声学测温的基本原理,制定了声层析成像温度场检测系统的整体方案,确定了采用互相关函数分析的方法对声波飞渡时间进行测量。重点论述了声层析成像温度场检测系统中的关键——声波飞渡时间的测量。 本文分别以白噪声及扫频信号为信号源,采用计算机仿真软件MATLAB,对声波在声发射端和接收端之间的飞渡时间的互相关估计进行了计算机仿真研究。分析比较了信噪比、采样点数、采样频率取不同值时的相关系数曲线,探讨了上述参数对飞行时间互相关测量精度的影响。研究结果表明:采用白噪声或扫频信号作为信号源,应用互相关法测量声波飞渡时间具有很好的抗干扰能力,在采样点数及采样间隔选取适当的时候会得到满意的结果。 本文设计了以白噪声为声源,单片机控制的声学温度场检测系统下位机,实现了声波飞渡时间的互相关测量。对下位机系统进行了实验室测试,测试了在同一温度下声波飞渡时间与声波传播距离的关系,结果表明飞渡时间测量值与传播距离呈线性关系;测试了传播距离一定时声波飞渡时间与室温间的关系,结果表明声波飞渡时间随着室温的升高而减小,符合声速与气体介质温度间关系。下位机初步实验结果表明,所采取的声源和信号处理方可实现声波飞渡时间及声波飞行路径上平均温度的测量。论文还介绍了下位机硬件电路的各部分组成及软件程序流程图。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 层析成像技术
• 1.2 声学法测温的研究现状
• 1.3 本文的主要任务
• 2 基于声层析成像的温度场检测原理
• 2.1 声学测温的基本原理
• 2.2 传感器间声波飞行时间的测量
• 3 声波飞渡时间测量的仿真研究
• 3.1 计算机仿真软件—MATLAB
• 3.2 声波飞渡时间测量的仿真研究
• 3.2.1 声波飞渡时间仿真测试系统
• 3.2.2 测试仿真研究中声源的选择
• 3.2.3 采用噪声信号源的系统测试仿真研究
• 3.2.4 采用扫频信号源的测试仿真研究
• 3.2.5 噪声信号源系统与扫频信号源系统仿真结果分析及比较
• 4 下位机系统设计
• 4.1 下位机方案设计
• 4.2 声波发射装置
• 4.2.1 噪声信号发生器
• 4.2.2 功率放大电路
• 4.3 声波接收装置
• 4.3.1 传声器
• 4.3.2 音频放大器LM386
• 4.3.3 高通滤波器
• 4.3.4 低通滤波器
• 4.4 单片机系统
• 4.4.1 单片机P89C51RD2
• 4.4.2 并行口扩展电路
• 4.4.3 静态随机存储器芯片6264
• 4.4.4 AD测量电路
• 4.5 系统软件设计
• 4.5.1 主程序设计
• 4.5.2 数据采集存储程序设计
• 4.5.3 相关分析存储程序设计
• 5 测温系统实验装置开发及实验
• 5.1 测温系统实验装置描述
• 5.2 测温系统实验装置性能实验
• 5.2.1 温度不变时传播时间与传感器间距的关系
• 5.2.2 传感器间距不变时温度与传播时间的关系
• 6 结论
• 参考文献
• 在学研究成果
• 致谢