基于超声波非侵入式瞬态温度场的实验探究

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1、1绪论硕士论文治疗与检测中起到了无可替代的作用；二十世纪七十年代发展起来的超声波表面波技术已经在电子对抗和信息高速公路的发展建设中取得了重要的不可替代的地位；并且在八十年代的声化学工业发展探索中展露了其无可替代的优势作用与影响，1995年9月在德国举行的第一届世界超声学大会(WCU)，就明确的显示和体现了超声波技术的强劲发展趋势。最近二三十年内应用超声波技术测试温度正逐渐的发展起来，因为在其他测试方法不能满足某些测试要求时，超声波技术弥补了这些空白。在传统的测量温度的方法中，不论是应用热电偶还是热敏电阻等温度传感器通常情况下都会对温度场的温度分布带来影响，从而对实验测量的结果的精准

2、度与产生影响，医学上应用的一些测量会对人体造成一定的伤害，不仅会使病人感到痛苦，也有一定的可能造成病人伤口的感染，同时可能病人身体的移动也可能会造成一些测量误差。和医学中的测温方法的发展过程类似，在火炮的膛内与火炮药室等部位，由于物理化学反应异常剧烈，反应过程纷繁复杂，同时伴随有气相、固相和熔融相的混合，反应过程很难进行监控，一般采用的测试办法是在火炮的膛壁上开一处盲孔或者在靠近燃烧室的附近埋入耐高温高压热电偶进行测量，但这样开一处盲孔或者埋入耐高温高压热电偶的方法，对火炮膛内的高温高压反应过程会对反应过程产生一定影响，也会对温度测量测量的精准性产生影响，而且随着实验过程的进行，火

3、炮膛内的高温高压条件一定会对膛壁产生强烈的冲击，有可能会使实验人员的安全受到威胁。与高温高压环境中的温度测试相比较，热力发电过程中温度的检测主要有接触式测温法(如热电偶抗高温温度计及HVT等)和非接触式测温法(如辐射测温计和声波测温仪)在这些测量方法中，热电偶抗高温温度计的灵敏度与精确度比其它测量方法高，但是热电偶抗高温温度计测温法在高温腐蚀和恶劣的烟气环境中不能满足对高温长时间不问断的在线测量的需求。与此同时虽然随着电子技术和光学元件的不断改良，辐射温度计在测量范围和数据整合处理和数字显示方面都有长足的进步，但是依然不能不被烟气及雾气等恶劣因素影响，想要达到精确测量依然不容易。声

4、学测温技术在二十世纪世纪八十年代中期得到发展，并在九十年代初被广泛应用。声学测温技术的原理是利用声波在空气中的物理特性表征燃气温度或者环境温度，是一种能提供实时测量数据的非接触式测温方法。声波测温技术可以提供声波的传播过程中途径的整个路径的瞬时综合温度信息，声波测温技术可以做到不被辐射等因素的扰乱。而在声波中，超声波对温度的敏感性最高，并且超声波测量同时拥有无损测量和反应及时灵敏等优势，所以得到了研究者们的高度重视，现今对于超声波测温的研究已经开始起步并且得到了一些成果。硕士论文基于超声波非侵入式瞬态温厦场的买验探冗利用超声波脉冲超声波穿越时差(Time．of-flight)测温法

5、【2】就是通过测量脉冲超声波穿越某种材料的时间差来完成对象温度的测量：在已知超声波发射和接收所经历的路径长度、材料的温度和弹性模量之间关系的条件下，就可以利用测量得到的时间差计算出超声波路径上材料温度的平均值。基于这种原理，世界范围内已经研发出了各种各样的应用超声波测量气体、液体或固体的平均温度的仪器设备，这些设备在生产生活的实践中得到了普遍的应用【3J。在兵工科学领域中，采用超声波测温法来进行火炮内壁温度场的分布测温，与之前的盲孔测温法相比较而言超声波测温法不仅更加精确而且方法简便易于操作。在实验过程中通过对各瞬态温度的一系列的变化规律的数据，进行科学的分析后综合考虑火炮烧蚀磨损

6、现象，可以对火炮抗烧蚀磨损的性能进行改良性提高，改善火炮制造材料、改进发射药以及对内膛表面进行处理【4母J这些问题提供充分的理论依据以及实验基础。1．2超声波特性的研究及国内外发展1．2．1超声波特点及应用超声波具有频率高、波长短等特点，具体的特性如下：(1)传播性能好。因为超声波的频率高，波长短，则对应的声波的衍射现象就不会特别明显，所以超声波的传播性能比较突出，容易变化得到定向而且居中的超声波整段波束。这一特点，可以使得超声波用在定向发射中，同样地也适用在聚焦声束得到更加强的声强。(2)功率大。由物理学中声波的声强公式，=吉州2矿㈦。，声强，与振动频率缈的平方成正比。因此，超声

7、波的功率比一般声波发出的功率要大得多。而大功率的超声波简称为功率超声。(3)超声波在固体中的穿透力比其他传播媒介要强。超声波在气体中传播时极其容易产生衰减，然而在液体和固体中传播时，由于传播机理不一样，衰减程度都相对较小，当超声波的频率增大时，超声波的穿透反应出明显的衰减，就会在传播路径当中遇到杂质或者在不同的分界面处发生明显的反射。(4)超声波空化作用。超声波空化原理就是超声波在液体和空气中通过声波的振动而引发液体的共振，由于液体不能够保持同声波一样的波段强度，而产