基于声波高温气体温度测量系统的研究

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1、分类号密级公开UDC学位论文题目：基于声波高温气体温度测量系统的研究研究生姓名：于园园学科专业名称：信号与信息处理研究方向：信息获取与处理论文类型：应用研究申请学位：工学硕士指导教师姓名：于春和指导教师职称：副教授指导教师单位：沈阳航空航天大学论文提交日期：2015年03月07日论文答辩日期：2015年03月13日沈阳航空航天大学2015年03月SHENYANGAEROSPACEUNIVERSITYTHESISFORMASTER’SDEGREERESEARCHONTEMPERATUREMEASUREMENTSYSTEMOFHIGH-TEMPERATUREGASBASEDONACOUSTIC

2、SCandidate：YuanyuanYuSupervisor：ChunheYuSpecialty:SignalandInformationProcessingDate:March2015沈阳航空航天大学硕士学位论文摘要温度测量在新技术研究、工业生产以及人们的日常生活中都具有十分重要的作用。而温度场的测量更是一个复杂的问题，如对于航空发动机燃烧室出口温度以及大型燃烧锅炉炉膛温度的监测，由于温度高、变化快，待测量空间大等原因，传统的温度测量方法如热电偶等点测量方法已经无法满足实际的要求。声波气体温度测量系统以声波测温技术为理论基础，具有测量空间大、维护方便、测温范围广、非接触测量等特点，并且

3、能够对温度场进行在线实时监测。本文对于基于声波气体温度测量系统的研究，主要完成了以下工作：首先，介绍了声波测温技术的基础原理，提出了一种基于插值法的互相关时延估计方法，提高了声波渡越时间的测量精度。设计了基于声波气体温度测量系统的系统组成。声源的选择是该系统设计的一个重要部分，通过对比及实际应用需求，选择扫频区间为1~5kHz、扫频周期为0.5s的线性扫频信号为声源，并且要求发射声波信号的强度足够大，使得声波信号能够穿越待测截面。声传感器使用压电陶瓷片制作而成，其具有耐高温、防潮防腐蚀等特点，并且其声性能稳定。最小二乘重建算法是目前声波测温系统中常用的方法，其技术比较成熟，本文提出将基于径

4、向基函数的奇异值分解算法应用于声波温度测量系统中。本文研究了影响重建质量的因素，并对两种重建算法进行了对比分析。针对实际温度场监测时气体流动的影响，研究并提出了声波测温的修正模型，并讨论了该模型应用的条件。仿真和实际实验结果表明，该测温系统是可行性的，基于径向基函数-SVD算法在进行温度场重建时，与最小二乘法相比重建的最大相对误差、平均相对误差和均方根误差分别减小了3.31%、0.67%、0.72%，尤其对于复杂的温度变化其重建质量更好，误差分别减小了1.11%、4.06%、7.05%，并且温度场边界的温度也能够描述出来。关键词：声波测温；温度场重建；最小二乘法；径向基函数；渡越时间I沈阳

5、航空航天大学硕士学位论文AbstractTemperaturemeasurementplaysanimportantroleinnewtechnicalresearch,industrialproductionanddailylife.However,themeasurementoftemperaturefieldismorecomplexsuchasmeasuringthetemperaturedistributionofaeroenginecombustionchamberandlarge-scalecoal-firedpowerplantfurnace.Asthehightemper

6、aturechangesquicklyandthemeasuredspaceislarge,thetraditionalmethods,suchasthermocouplethermometer,cannotmeettheactualdemand.Temperaturemeasurementsystembasedonacousticthermometryhasmanyadvantagessuchaslargespaceofmeasuringobject,easymaintenance,widetemperaturerangeandnon-contact,anditcancontinuous

7、lysupervisethetemperaturedistributionoftemperaturefieldinrealtime.Thearticleresearchedthetemperaturemeasurementsystembasedonacousticthermometryandmainlyaccomplishedthefollowingwork:First,thefundamentalsofacoustic