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声学法测温系统及声传播时间测量方法研究

作　者: 续颖
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 抽样率变换 虚拟仪器 声波飞行时间 温度场重建
分类号: TK311
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要


声层析成像温度场检测技术是计算机层析(断层)成像技术在温度场在线检测中的典型应用。和传统测温方法相比,声学测温可以实现非接触式测量,测量范围广,实时,并可以达到较高的测温精度。温度场重建是个典型的逆问题,很小的飞行时间误差都会引起很大的温度场重建误差,因此声学法测温的关键是声波飞行时间的高精度测量。本文阐述了声层析成像温度场检测技术的基本原理,介绍了该技术国内外研究现状。设计了基于虚拟仪器技术的8路同步数据采集声学测温系统。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、接收电路为硬件系统。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寻峰方法计算声波飞行时间,利用内嵌的重建算法对被测区域的温度场进行重建。本文从硬件设计和软件设计两方面介绍了所开发的声学法温度场检测系统。为克服数据采集卡采样速率低,采样间隔大对声波飞行时间测量精度的制约,本文提出了一种新的,快速互相关与抽样率变换相结合的声波飞行时间估计方法,用抽样率变换减低等效采样间隔。MATLAB下的仿真计算和实验室均匀温度场实测数据均表明,该方法得到的声波飞行时间估计值比快速互相关时间估计法得到的估计值波动更小,值更稳定。本文还利用所开发的声学法温度场检测系统,进行了实验室内均匀温度场的重建实验。重建结果也表明,用新方法估计的声波飞行时间重建的温度场重建误差显著低于快速互相关时间估计法所对应的重建温度场误差,进一步验证了系统设计的可行性和所提声波时间估计新方法的有效性。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-10
第一章 绪论  10-15
  1.1 课题背景  10-11
  1.2 声学法温度场检测技术国内外研究现状及发展趋势  11-13
  1.3 课题的主要任务和研究内容  13-15
第二章 声学法温度场检测基本原理  15-20
  2.1 声学测温基本理论  15-16
  2.2 声波飞行时间的测量  16-18
    2.2.1 互相关方法测量时误差产生的原因  16-17
    2.2.2 减小误差的方法  17-18
  2.3 由声波飞行时间重建温度场  18-20
第三章 快速互相关与抽样率变换相结合的声波飞行时间测量  20-32
  3.1 声波飞行时间互相关测量  20-22
  3.2 快速互相关与抽样率变换相结合的声波飞行时间估计方法  22-26
    3.2.1 抽样率变换原理  22-24
    3.2.2 利用快速互相关和抽样率变换计算声波飞行时间  24-26
    3.2.3 快速互相关与抽样率变换相结合的声波飞行时间估计  26
  3.3 快速互相关与抽样率变换相结合的飞行时间估计方法有效性验证  26-32
    3.3.1 MATLAB仿真设计  26-27
    3.3.2 声波飞行时间测量的仿真研究  27-32
第四章 声学法温度场检测系统硬件设计  32-44
  4.1 硬件设计方案  32-33
  4.2 声波发射电路  33-38
    4.2.1 音频信号的产生  33-34
    4.2.2 功率放大电路  34-36
    4.2.3 音源分配电路  36-38
  4.3 声波接收电路  38-43
    4.3.1 传声器  38-39
    4.3.2 前置放大设计  39-40
    4.3.3 带通滤波器设计  40-43
  4.4 数据采集模块  43-44
第五章 声学法温度场检测系统软件设计  44-56
  5.1 虚拟仪器与LabVIEW  44-46
  5.2 8路同步数据采集声学测温系统软件设计  46-56
    5.2.1 声波信号源  47-49
    5.2.2 数据采集与分析  49-54
    5.2.3 温度场图像重建  54-56
第六章 声学温度场检测系统实验与数据处理  56-67
  6.1 声学法温度场检测实验装置  56-59
  6.2 实验数据分析  59-66
    6.2.1 快速互相关结合抽样率变换改善测量精度实验验证  59-63
    6.2.2 室温温度场重建  63-66
  6.3 实验结果分析  66-67
第七章 结论  67-68
参考文献  68-70
在学研究成果  70-71
致谢  71

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中图分类: > 工业技术 > 能源与动力工程 > 热工量测和热工自动控制 > 量测技术及仪表 > 温度量测
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