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基于声学传感器的温度场测量系统的研究

陈亮  
【摘要】:声学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。由于炉膛燃烧过程自身具有瞬态变化、随机湍流、设备尺寸庞大、环境恶劣等特征,给实际炉膛温度的在线测量带来困难。声学法测温是一种有效的非插入式炉膛温度测量方法,具有测量精度高,测量范围广、测量范围空间大、实时连续测量、抗干扰能力强、维护方便等优点,适用于温度场的测量与重建。 本文基于新型声学测温方法,在前人研究的基础上,改进了声学测温系统的硬件组成,测量声波在温度场内多条路径的飞行时间,重建温度场。在本文中介绍了系统各部分的组成结构,给出了声学高温计系统的硬件组成和软件流程图,并进行了细致的讲解。在实验室进行了常温和高温条件下的实验研究。对信号的频带,传感器位置分布,和影响测量结果准确性的因素进行了细致的分析。本文主要完成了以下工作: (1)根据声学测温原理,基于前人开发的声学高温计,加入了多路切换模拟开关,进行了多传感器切换实验,系统支持多达32个传感器切换; (2)对三种类型的传声器进行了效果测试,包括动圈式传声器、驻极体式传声器、压电式传声器,最终确定使用动圈式传声器,单麦克方案; (3)改进并完善了声学测温系统的软件平台,加入Matlab成像模块,采用VC++6.0调用Matlab动态链接库的方法,实现图像重建; (4)在常温和高温下,对单路径声学高温计进行实验,验证声学高温计的高温检测能力,并对测量结果进行了修正; (5)以最小二乘法为成像算法进行了成像实验,对图像效果和误差原因进行了分析研究。


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