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声学测温系统的研究与设计

作　者: 丁贺苹
导　师: 邵富群
学　校: 东北大学
专　业: 检测技术与自动化装置
关键词: 温度检测声学测温系统声波飞行时间噪声信号相关分析
分类号: TP274
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
下　载: 192次
引　用: 2次
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内容摘要

炉膛温度准确测量对于锅炉运行的安全、稳定以及燃烧优化有着很大的意义。但由于炉膛燃烧过程自身具有瞬态变化、随机湍流、设备尺寸庞大、环境恶劣等特征，给实际炉膛温度的在线测量带来困难。目前国内还没有建立非常有效的大型锅炉炉膛温度测量手段，因此需要寻求更为准确，可靠的炉膛温度检测技术。本文设计了一种基于相关分析算法的新型声学测温系统。本文以新型声学高温计如何实现声波飞行时间的测量为主线，详细介绍了声学测温系统各部分的组成结构，给出了声学高温计系统的硬件原理图和软件流程图，并进行了细致的讲解。本文充分考虑了工业现场的复杂情况，在电路的设计上采取了一系列抗干扰措施，为声学高温计的工业应用提供了更为有力的保证。通过实验探索到了使系统检测性能达到最佳的噪声信号频带、传声器的安装位置、相关算法的积分点数。发现了当积分时间与声波飞行时间的比大于2.5时，便能测得正确的结果的规律。为了提高系统检测的灵敏度，论文给出了一种简单插值算法。本文充分研究了影响测量精度的主要因素，并利用直线拟合的办法对系统误差进行修正。试验表明，该系统能在大的背景噪声下能准确测量声波飞行时间(能分辨10us)，互相关峰值明显，抗干扰能力强，在SNR=1:1时能准确测量声波路径上气体介质的平均温度，是一种很有前途的锅炉内温度测量的方法。

全文目录

独创性声明  3
使用授权书  3-4
摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
第一章绪论  9-17
  1.1 课题背景  9
  1.2 几种炉膛温度测量方法的比较  9-12
  1.3 课题的提出  12
  1.4 声学法锅炉炉膛温度测量技术的应用研究现状  12-14
  1.5 课题研究内容及主要工作及创新点  14-17
    1.5.1 课题研究的主要内容  14-15
    1.5.2 本论文完成的主要工作及创新点  15-17
第二章声学高温测量原理  17-21
  2.1 波动方程  17-18
  2.2 声速C和温度T之间的关系  18-21
第三章检测系统的硬件设计  21-43
  3.1 声波发射系统的设计  21-29
    3.1.1 噪声发声器的设计  22
    3.1.2 噪声放大电路的设计  22-23
    3.1.3 低通滤波器的设计  23-26
    3.1.4 二阶高通有源滤波器的设计  26-27
    3.1.5 功率放大电路  27-28
    3.1.6 扬声器  28-29
  3.2 声波接收系统的设计  29-34
    3.2.1 传声器  30-31
    3.2.2 仪用放大电路  31-32
    3.2.3 陷波电路  32-34
    3.2.4 射随输出电路  34
  3.3 单片机应用系统设计  34-39
    3.3.1 Cygnal单片机简介  34-36
    3.3.2 A/D转换  36
    3.3.3 I/O交叉开关的配置  36-37
    3.3.4 振荡器的配置  37
    3.3.5 液晶显示  37-39
  3.4 电磁兼容设计  39-43
第四章相关算法及软件设计  43-55
  4.1 相关算法分析  43-47
    4.1.1 相关系数  43-44
    4.1.2 自相关函数  44-45
    4.1.3 互相关函数  45-47
  4.2 软件设计  47-55
    4.2.1 数据采集  47-50
    4.2.2 算法设计  50-52
    4.2.3 程序流程  52-55
第五章实验及数据处理  55-73
  5.1 滤波器频带的确定  55-57
  5.2 积分点数对声波飞行时间的影响  57-58
  5.3 传声器匹配问题  58-61
  5.4 传声器的方向性  61-64
  5.5 传声器耐高压实验  64
  5.6 寻峰运算中的插值处理  64-65
  5.7 直线拟合  65-68
  5.8 声学测温系统在常温下的实验  68-69
  5.9 系统的抗干扰性  69
  5.10 时间误差分析  69-73
结束语  73-75
参考文献  75-77
致谢  77

声学测温系统的研究与设计

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