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声学法温度场检测数据采集系统研究

作　者: 陈冠男
导　师: 颜华
学　校: 沈阳工业大学
专　业: 检测技术与自动化装置
关键词: 声学法测温互相关虚拟仪器声波飞行时间温度场重建
分类号: TP274.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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内容摘要

声层析成像温度场检测技术是近年来发展起来的一项新技术，该技术在国外已发展成熟，并应用于工业炉炉温在线检测等领域。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，制定了声层析成像温度场检测系统的整体方案，确定了采用广义互相关函数分析的方法对声波飞行时间进行测量，重点论述了基于虚拟仪器技术的声层析成像温度场检测数据采集系统的软硬件实现。本文利用扫频信号作为声波信号，采用计算机仿真软件MATLAB，对声波在声波发射器和接收器之间的飞行时间的互相关估计进行了计算机仿真研究。分析比较了在信号受到强噪声干扰，以及信号衰减较大条件下，基本互相关和广义互相关两种方法计算声波飞行时间的精确性。研究结果表明：广义互相关法在信号畸变较大的条件下仍然具有较强的抗噪声能力；基本互相关法在对衰减后信号进行滤波预处理并抑制信号畸变后，在强噪声干扰下也可以达到较高的测量精度。本文基于虚拟仪器技术，设计了声层析成像温度场检测数据采集系统。该系统以LabVIEW为软件设计平台，以数据采集模块PMD1608、带声卡的计算机和声波发射电路、接收电路构成硬件系统。该系统可对被测区域周围的8组声波发射／接收器所产生的24条声波飞行路径，进行扫描式信号采集，并用采集到的数据通过互相关方法计算声波飞行时间，最后利用内置的重建算法对被测区域的温度场分布进行重建。在实验室室温条件下对该系统进行了实验测试，测试结果表明：该系统工作稳定，能够对24条路径的声波飞行时间进行测量，并且测量结果符合声波飞行时间与声波飞行距离间的线性关系。进行了实验室二维温度场重建实验，实验结果与被测区域温度分布情况基本一致。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
1 绪论  10-18
  1.1 过程层析成像技术  10-12
  1.2 声学法温度场检测技术研究现状  12-15
  1.3 课题的主要任务  15-16
  1.4 小结  16-18
2 声学法温度场检测基本原理  18-25
  2.1 声学法测温基本理论  18-21
  2.2 声波飞行时间测量  21-24
  2.3 小结  24-25
3 声波飞行时间互相关测量的仿真研究  25-36
  3.1 计算机仿真软件MATLAB  25-26
  3.2 声波飞行时间仿真测试系统  26-29
  3.3 强噪声下声波飞行时间测量仿真研究  29-35
    3.3.1 声信号源  29-30
    3.3.2 强噪声下声波飞行时间测量仿真  30-34
    3.3.3 仿真结果与分析  34-35
  3.4 小结  35-36
4 声学法温度场检测数据采集系统硬件部分设计  36-48
  4.1 硬件设计方案  36-37
  4.2 声波发射电路  37-40
    4.2.1 音频信号的产生  37-38
    4.2.2 功率放大电路  38-40
  4.3 声波接收电路  40-42
    4.3.1 传声器  41
    4.3.2 前置放大器  41-42
  4.4 信号调理与选通  42-46
    4.4.1 带通滤波器  43-45
    4.4.2 模拟多路开关  45-46
  4.5 数据采集模块  46-47
  4.6 小结  47-48
5 声学法温度场检测数据采集系统软件部分设计  48-63
  5.1 虚拟仪器与LabVIEW  48-49
  5.2 基于LabVIEW的数据采集系统软件设计  49-61
    5.2.1 声波信号源  52-53
    5.2.2 数据采集与分析  53-60
    5.2.3 图像重建部分  60-61
  5.3 小结  61-63
6 声学法温度检测系统开发及实验  63-73
  6.1 声学法温度场检测系统实验装置  63-67
  6.2 实验装置性能测试  67-69
  6.3 室温条件下温度场分布重建  69-71
  6.4 误差分析以及结论  71-72
  6.5 小结  72-73
7 结论  73-74
参考文献  74-77
在学研究成果  77-78
致谢  78

声学法温度场检测数据采集系统研究

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