聲學測溫溫度場聲波飛行時間相關(guān)分析圖像重建碩士論文

1、基于聲學傳感器的溫度場測量系統(tǒng)的研究【摘要】 聲學層析成像溫度場檢測技術(shù)是近年來發(fā)展起來的一項新技術(shù),該技術(shù)在國外已發(fā)展成熟,并應用于工業(yè)爐爐溫在線檢測等領域。由于爐膛燃燒過程自身具有瞬態(tài)變化、隨機湍流、設備尺寸龐大、環(huán)境惡劣等特征,給實際爐膛溫度的在線測量帶來困難。聲學法測溫是一種有效的非插入式爐膛溫度測量方法,具有測量精度高,測量范圍廣、測量范圍空間大、實時連續(xù)測量、抗干擾能力強、維護方便等優(yōu)點,適用于溫度場的測量與重建。本文基于新型聲學測溫方法,在前人研究的基礎上,改進了聲學測溫系統(tǒng)的硬件組成,測量聲波在溫度場內(nèi)多條路徑的飛行時間,重建溫度場。在本文中介紹了系統(tǒng)各部分的組成結(jié)構(gòu),給出了聲

2、學高溫計系統(tǒng)的硬件組成和軟件流程圖,并進行了細致的講解。在實驗室進行了常溫和高溫條件下的實驗研究。對信號的頻帶,傳感器位置分布,和影響測量結(jié)果準確性的因素進行了細致的分析。本文主要完成了以下工作：(1)根據(jù)聲學測溫原理,基于前人開發(fā)的聲學高溫計,加入了多路切換模擬開關(guān),進行了多傳感器切換實驗,系統(tǒng)支持多達32個傳感器切換；(2)對三種類型的傳聲器進行了效果測試,包括動圈式傳聲器、駐極體式傳聲器、壓電式傳聲器,最終確定使用動圈式傳聲器,單麥克方. 更多還原【Abstract】 Temperature field measurement based on acoustic tomogra

3、phy is a new technology developing in recent years. Abroad, it has been matured, and applied to industry furnace for temperature measurement online. But because of the instantaneous changes, random on flow, huge size of the devices and foul environment of the industrial combustion process, it is dif

4、ficult to measure the furnace temperature on-line. The acoustic method of temperature measurement is a very good non-contact measurement method f. 更多還原 【關(guān)鍵詞】 聲學測溫； 溫度場； 聲波飛行時間； 相關(guān)分析； 圖像重建； 【Key words】 acoustic temperature measurement； temperature field； measurement of flight time of acoustic wa

5、ves； correlation analysis； image reconstruction； 中文摘要 5-6 Abstract 6-7 第1章 緒論 11-17 1.1 課題背景 11 1.2 爐膛溫度測量方法以及本課題的提出 11-12 1.3 聲學法測溫系統(tǒng)的應用研究現(xiàn)狀 12-16 1.4 本文的主要工作 16-17 第2章 聲學溫度場測量系統(tǒng)原理 17-25 2.1 聲學測溫的基本理論 17-18 2.2 聲速C和溫度T的關(guān)系 18-19 2.3 單路徑測溫原理 19-20 2.4 多路徑測溫原理 20 2.5 聲學測溫系統(tǒng)信號源的選取 20-25 2.5.1 脈沖信號 21 2

6、.5.2 正弦信號 21 2.5.3 掃頻信號 21-22 2.5.4 白噪聲信號 22-25 第3章 溫度場測量系統(tǒng)硬件電路 25-47 3.1 多路徑溫度場測量系統(tǒng) 25 3.2 發(fā)射系統(tǒng) 25-31 3.2.1 白噪聲發(fā)生器 26 3.2.2 帶通濾波電路 26-29 3.2.3 量程調(diào)整電路 29-30 3.2.4 輸入可調(diào)功放電路 30 3.2.5 揚聲器的選擇 30-31 3.3 接收系統(tǒng) 31-37 3.3.1 傳聲器的選擇 32-35 3.3.2 儀用放大器 35-37 3.3.3 射隨跟隨器 37 3.4 多通道切換控制 37-39 3.4.1 多通道模擬開關(guān) 38 3.4.

7、2 繼電器開關(guān)的應用 38-39 3.5 ARM采樣系統(tǒng)設計 39-47 3.5.1 飛利浦LPC2214簡介 39-40 3.5.2 A/D轉(zhuǎn)換 40-42 3.5.3 定時器的設置 42-44 3.5.4 UART 44-45 3.5.5 GPIO切換控制 45 3.5.6 系統(tǒng)A/D采樣頻率要求 45-47 第4章 算法與系統(tǒng)軟件 47-63 4.1 相關(guān)算法 47-50 4.1.1 相關(guān)系數(shù) 47-48 4.1.2 自相關(guān)函數(shù) 48-49 4.1.3 互相關(guān)函數(shù) 49-50 4.2 FFT頻譜分析 50-52 4.3 基于最小二乘法的成像算法 52-55 4.3.1 最小二乘重建算法的

8、理論基礎 52-54 4.3.2 基于最小二乘法重建重建溫度場的具體步驟 54-55 4.4 基于ARM系統(tǒng)的現(xiàn)場測試平臺 55-63 4.4.1 上位機軟件系統(tǒng) 55-58 4.4.2 下位機程序設計 58-60 4.4.3 上下位機通信 60-63 第5章 實驗調(diào)試及結(jié)果分析 63-79 5.1 多峰現(xiàn)象及其抑制 63-65 5.2 積分點數(shù)的影響 65 5.3 插值處理 65-67 5.4 單路徑聲學高溫計實驗 67-70 5.4.1 飛行時間測量誤差的修正 67-68 5.4.2 常溫和高溫下溫度檢測實驗 68-70 5.5 多路徑溫度場成像實驗 70-77 5.5.1 傳聲器指向性與安裝位置 70-72 5.5.2 溫度場檢測實驗 72-77 5.6 誤差分析 77-79 第6章 結(jié)論 79-81 參考文獻【索購全文】Q聯(lián)系Q：138113721 Q