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三维温度场声层析成像重建系统的研究

张阳  
【摘要】:声层析成像温度场检测技术是计算机层析(断层)成像技术在温度场检测中的一种典型应用。声学测温的优点是非接触式测温、测温区域大、响应速度较快。 本文设计了20通道的三维温度场声层析成像重建系统。该系统的硬件电路部分是由声波发射/接收装置、声波信号发射电路、声波信号接收电路、数据采集模块和带声卡的计算机构成。系统的软件部分是由硬件电路控制程序、数据采集程序、有效传播路径挑选程序、声波传播时间计算程序和温度场重建程序构成。该系统在被测区域周围均匀的布置20组声波发射/接收装置,形成了154条有效声波传播路径,测量有效路径上的声波传播时间,并依据所获得的声波传播时间和三维温度场重建算法进行温度场重建。本文从硬件和软件两方面对重建系统进行了阐述。 为了能够在较低的信噪比下测量出声波传播时间,研究了声波传播时间测量的相关测量法。MATLAB环境下的仿真研究表明:所研究的多次相关方法、直接互相关方法和二次相关方法都能较准确地测量出声波传播时间,多次相关方法在测量精度上有一定优势。 本文还利用设计的三维温度场重建系统,进行了实验室内温度分布均匀的立体空间温度重建实验。将20个声波发射/接收装置,布置在1m×1m×1m被测区域周围。运行系统,获取声波在各有效路径上的传播时间,并进行数据的预处理及校正,然后用声学法三维温度场重建软件,重建出被测区域的温度分布。重建结果表明:用直接互相关方法、二次相关方法、多次相关方法测量得到的声波传播时间,都能较准确地重建出被测温区域的温度分布,验证了所设计系统的正确性。


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