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声学法三维温度场重建技术的研究

作　者: 李坤
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: 声学法测温温度场检测直接三维温度场重建算法
分类号: TP274
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

温度场检测技术目前已被广泛应用到日常生活的各个领域,如工业锅炉温度场监测、大气温度分布监测、深海热液温度分布监测,室内温度分布监测等。常用的温度场检测方法可分为接触式和非接触式;接触式测温方法由于与被测介质直接接触这一特性制约着它在腐蚀及高温环境中的应用。声学法测温技术作为一种新型的非接触式测温技术,具有测温范围广(0-1900℃),测量区域广(可达几十米),精度高,实时测量,方便维护等优点。本文简要介绍了声学法测温的基本原理,提出一种新的直接三维温度场重建算法。与常用的温度场重建算法---最小二乘法不同,所提新算法不要求区域划分的像素数少于声波飞行路径数,因此该算法的复杂温度场重建能力明显优于最小二乘法。采用五种典型的三维温度场模型:单峰对称三维温度场、单峰偏置三维温度场、双峰对称三维温度场、四峰对称三维温度场和三维均匀温度场,对所提算法进行了仿真验证,给出重建结果并进行了误差分析。仿真结果表明该算法具有较高的重建精度和较强的抗干扰能力。此外本文还研究总结了收发器的数目及位置、有效路径的选择方式、像素划分数目和算法形状参数及滤波参数的设置对重建精度的影响。本文用20组声波收发器对实验室内1m×1m×1m的三维空间进行了温度场重建实验。读取声波飞行时间测量系统提供的室内三维均匀温度场中的声波飞行时间,利用所提三维温度场重建算法,重建室温下三维温度场分布并展示,分析重建结果,给出误差分析。实验结果表明,新算法具有一定的抗噪声能力,能够较准确的重建室温条件下的三维均匀温度场。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
第一章绪论  10-16
  1.1 课题背景  10-11
  1.2 声学法测温技术国内外发展现状  11-14
  1.3 课题的主要任务及内容  14-16
第二章声学法三维温度场测温原理  16-21
  2.1 声学法温度场检测基本原理  16
  2.2 声学法三维温度场重建方法介绍  16-18
  2.3 温度场重建质量的评价标准  18
  2.4 影响温度场重建的几个因素  18-21
第三章三维温度场重建算法的研究  21-30
  3.1 一种新的直接三维温度场重建算法的研究  21-23
  3.2 声波收发器数目及位置对重建结果的影响  23
  3.3 有效声波飞行路径选择对重建结果的影响  23-26
  3.4 网格划分对重建结果的影响  26-27
  3.5 形状参数a 和滤波参数ga 对重建结果的影响  27-30
第四章三维温度场重建仿真研究  30-44
  4.1 32 收发器三维温度场重建  30-37
    4.1.1 32 收发器三维温度场重建系统  30-32
    4.1.2 无噪声条件下重建结果  32-35
    4.1.3 声波飞行时间的测量误差对重建结果的影响  35-37
  4.2 20 收发器三维温度场重建系统  37-44
    4.2.1 20 收发器三维温度场重建系统  37-39
    4.2.2 无噪声条件下重建结果  39-41
    4.2.3 声波飞行时间的测量误差对重建结果的影响  41-44
第五章三维温度场重建软件设计  44-53
  5.1 三维温度场重建软件包介绍  44-46
  5.2 软件包关键功能的实现  46-53
    5.2.1 声波飞行路径的描述  46-47
    5.2.2 声波飞行时间的排序  47-48
    5.2.3 声波飞行时间的求解  48-50
    5.2.4 声波飞行时间噪声的添加  50
    5.2.5 重建矩阵的求解  50-51
    5.2.6 温度场的重建及三维展示  51-53
第六章三维温度场重建实验  53-63
  6.1 室内温度场仿真重建  54-59
  6.2 室温18.9℃三维温度场重建  59-63
第七章结论  63-64
参考文献  64-67
在学研究成果  67-68
致谢  68

声学法三维温度场重建技术的研究

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