基于超声检测的二维温度场重建算法研究

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1、基于超声检测的二维温度场重建算法研究重庆大学硕士学位论文(学术学位)学生姓名：柳丹指导教师：石为人教授专业：控制科学与工程学科门类：工学重庆大学自动化学院二O一五年四月Studyof2DTemperatureFieldReconstructionbasedonUltrasoundInspectionAThesisSubmittedtoChongqingUniversityinPartialFulfillmentoftheRequirementfortheMaster’sDegreeofEngineeringByLiuDanSupervisedbyProf.ShiWeirenSpecialty：

2、ControlScienceandEngineeringCollegeofAutomationofChongqingUniversity,Chongqing,ChinaApril,2015重庆大学硕士学位论文中文摘要摘要利用被测区域温度场的可视化实现对被测区域温度状态的监控是温度场测量与重建的最终目的。温度场测量方法大致可以分为接触式测温与非接触式测温两种方式。接触式测温要求必须直接接触被测介质，因而其通常不适用于温度高、腐蚀严重的复杂环境。声学法温度场测量技术作为一类非接触式测温技术，依据声波传播路径上的声波飞渡时间反推被测区域的温度分布。该技术的优势在于非接触不干扰被测温度场、温度场重建精

3、度高、测量空间跨度大、测温范围广、可实时检测且易于维护等方面。目前该技术已在有关工业锅炉燃烧、海洋热液、仓库储粮以及大气边界层等众多领域的温度检测问题的研究与应用中取得了不错的成果。本文首先介绍了温度场检测技术的种类与科研现状、非接触式声学测温技术的国内外发展及现状、声学法测量原理、几类典型温度场重建算法、重建质量评价标准与影响因素。其次，针对被测空间子区域划分数被要求低于检测系统可获得的有效声波传播路径数的这一个在声学温度场重建算法中普遍存在的问题，基于高斯型径向基函数，提出一种优化子区域的温度场重建算法。该算法可应用于被测空间子区域划分较细的情况，获得的原始数据增多，重建温度场的空间分辨率

4、得以提高，因而适用于复杂温度场的重建。分别采用8、12、16超声换能器，基于单峰对称、单峰偏斜、双峰对称和双峰偏斜四类典型二维温度场模型，在不同高斯噪声干扰下进行温度场重建，并给出重建结果和误差分析，数据显示本算法重建精度高、抗干扰能力强。与此同时，研究分析影响基于高斯径向基函数的子区域优化温度场重建算法的温度场重建精度的因素，对重建结果进行讨论分析，总结出超声换能器数目、超声换能器位置布局、子区域划分方式、算法形状参数大小等因素对温度场重建精度的影响规律。关键词：声学法测温，温度场，重建算法，径向基函数I重庆大学硕士学位论文英文摘要ABSTRACTThefinalobjectofmeasur

5、ementandreconstructionoftemperaturefieldistorealizethevisualizationoftemperaturefield,andthentomonitorandcontrolthetemperaturestate.Therearetwotypesofthetemperaturefieldmeasurement,whicharecontacttypeandnon-contacttype.Sincethecontacttypemustdirectlycontactwiththemeasuredmedium,whichleadstoitsapplic

6、ationislimitedinhightemperature,corrosionandothercomplexenvironment.Themeasurementtechnologyoftemperaturefieldbyacousticmethodisakindofnon-contacttype,whichestimatestemperaturedistributionbasedonthesoundtraveltimeofacousticwavepropagationpath.Asanewtechnologywithnon-contact,non-interferenceandwideme

7、asuringrange,ithasmanyadvantageslikehighprecision,real-timemeasurement,convenientmaintenanceandsoon.Atpresent,ahugeofresearchesandapplicationshavebeendoneinmanyfields,suchastheatmosphericsurfacelayer,