基于声波层析技术的温度场检测

发布时间：2020-06-08 03:03

【摘要】：在锅炉的运行中,炉膛温度直接反映出炉内的燃烧工况,因而,测量炉膛温度对于判断炉内燃烧工况、进行燃烧调整以及改进燃烧设备都是非常必要的。虽然热电偶等接触式测温法具有直观、方便的特点,但接触式测温会影响温度分布,造成误差。基于声波层析技术的声学测温法是一种准确性高、实时性好、测量范围广的非接触测温方式,该方法具有分辨率强、灵敏度高、响应速度快等优点,能够较好地实现对高速、高温、腐蚀性强等目标进行温度测量。因此,基于声学理论,本文主要研究声学在三维温度场重建中的应用,并搭建了一套超声三维温度场测温系统。声学测温中,对测量结果影响最大的主要有两点,飞渡时间的准确测量和重建算法的重建精度。本文重点对声学法测温中的重建算法、飞渡时间测量进行研究,同时,利用采集卡、超声换能器等硬件以及Lab VIEW和MATLAB等软件搭建了一套超声三维温度场测温系统,并对收发器的位置和有效声波路径的选取进行探讨。为此,文中首先对声学测温的基本理论进行分析,讨论并选取了飞渡时间的测量方法、超声换能器数量和布置方式、以及重建网格划分数目;然后,介绍了最小二乘法、代数重建法等四种重建算法,并利用这四种重建算法对三维温度场进行重建仿真;接着,从软件设计和硬件组成等两部分,介绍了超声三维温度场测温系统;最后,使用搭建的超声测温系统对均匀温度场和非均匀温度场进行实际温度场重建。温度场重建实验结果表明,本文搭建的超声三维温度场测温系统可以连续稳定运行,其中常温均匀场的相对误差均小于1.5%。
【图文】：

华北电力大学硕士学位论文逡逑使用。在接收端设定两个阈值％和％，超声信号到达阈值％时对应Ｔａ时刻，逡逑达阈值％时对应Ｔｂ时刻，超声波飞渡时间ｒ可以根据三角相似原理求得。具体逡逑算方式见式（２－１３）和式（２－１４）。逡逑Ｔｂ￣Ｔ邋＿逡逑Ｔ邋二邋ＵｂＷｂ逦（２－１４）逡逑ｕｂ－ｕａ逡逑双阈值法采用一大一小阈ｍ，避免了单阈值法中阈值的选取难题，比单阈值逡逑更准确的测量超声到达时刻。ｍ在实际测量中，超声信号随距离不同衰减不同，，逡逑号幅度差别大，采用双阈值法依然会产生较大误差，测量的飞渡时间也会不准逡逑。如图２－２所示为双阈值法的原理图。逡逑ｕｖ＇

能更准确的测量超声到达时刻。ｍ在实际测量中，超声信号随距离不同衰减不同，逡逑信号幅度差别大，采用双阈值法依然会产生较大误差，测量的飞渡时间也会不准逡逑确。如图２－２所示为双阈值法的原理图。逡逑ｕ／ｖ邋ｔ逦丨＇１逡逑ｕｂ逦ｉ４邋ｆ邋一！邋ｒ邋一丨今邋一邋ｋ邋一逡逑Ｗ丨丨丨丨丨｜１邋Ｍ邋／＼逡逑．「■丨ｉ丨－逡逑Ｈ邋（｜邋Ｐ逡逑图２－２双阈值法原理图逡逑２．２．３最大特征波法逡逑超声换能器一般可以由方波、正弦波、脉冲信号等激励产生超声波。最大特逡逑征波法要求超声换能器的激励信号为某一长度的固定周期正弦波，由该信号激励逡逑超声换能器产生超声波，接收端的超声换能器将得到一个变幅值等周期的正弦波逡逑信号，将正弦波中幅值最大的波称为最大特征波，最大特征波对应的过零点时刻逡逑作为超声信号接收时刻。原理示意图如图２－３所示。逡逑１１逡逑
【学位授予单位】：华北电力大学(北京)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TK311;O429

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 何常德;张国军;王红亮;薛晨阳;张文栋;;电容式微机械超声换能器技术概述[J];中国医学物理学杂志;2016年12期

2 郭明;何常德;郑永秋;张文栋;;微电容超声换能器阵列的信号采集电路与应用[J];仪表技术与传感器;2016年12期

3 赵蕾;张文栋;何常德;张国军;;电容式微机械超声换能器的收发一体电路实现[J];仪表技术与传感器;2017年02期

4 郭明;何常德;郑永秋;张文栋;;电容式微机械超声换能器的驱动电路设计[J];仪表技术与传感器;2017年03期

5 ;用于无损检测的超声换能器[J];无损检测;1986年01期

6 许建平;李明轩;;检测超声压电换能器——第二讲 检测超声换能器的校准与性能测量[J];无损检测;1990年11期

7 刘晓光;蒋晓明;张理;曹立超;;一种超声换能器的设计及仿真[J];自动化与信息工程;2017年04期

8 钦峰;谢国利;阮利程;施沈科;钱建新;;电磁超声换能器设计性能评价[J];电子测量技术;2017年09期

9 孔凡国;陈然然;段文科;;高频医用超声换能器的研究现状及发展趋势[J];功能材料与器件学报;2015年05期

10 徐爱华;姚秋平;徐迅;;超声换能器检测方法的研究[J];计量与测试技术;2016年04期

相关会议论文 前10条

1 邱长春;刘争;李彦春;张菊;李振北;;用于钢板检测的电磁超声换能器优化设计研究[A];2016年全国声学学术会议论文集[C];2016年

2 卞加聪;胡文祥;周八妹;;空气耦合1-3型复合材料压电超声换能器[A];2016年全国声学学术会议论文集[C];2016年

3 郭明;何常德;郑永秋;张文栋;;电容式微机械加工超声换能器的信号采集[A];2016年全国声学学术会议论文集[C];2016年

4 王天圣;吴志军;冯平法;张建富;郁鼎文;;电负载调频压电超声换能器设计方法的研究[A];2016年全国超声加工技术研讨会论文集[C];2016年

5 郝震宏;汤亮;乔东海;;硅微电容式超声换能器谐振频率的有限元分析[A];2009’中国西部地区声学学术交流会论文集[C];2009年

6 杨林枝;李全禄;姬艳红;耿洁;王胜利;蔡春芳;;医用超声换能器及其性能指标分析[A];第三届全国压电和声波理论及器件技术研讨会论文集[C];2008年

7 林书玉;张光斌;;大功率气介超声换能器的性能研究[A];面向21世纪的科技进步与社会经济发展（上册）[C];1999年

8 陈国超;吴宏;陈伟;郑伟成;;纵-弯振动大功率超声换能器探究[A];中国声学学会功率超声分会2009年学术年会论文集[C];2009年

9 曾东红;李正中;周光平;;一种超声换能器频率跟踪技术[A];中国声学学会功率超声分会2009年学术年会论文集[C];2009年

10 姜晓敏;王寅观;;双激励源气介式超声换能器带宽特性的实验研究[A];2009年西安-上海声学学术会议论文集[C];2009年

相关重要报纸文章 前8条

1 cyf翻译;驱动超声换能器的功放(5)[N];电子报;2009年

2 cyf翻译;驱动超声换能器的功放(2)[N];电子报;2009年

3 cyf翻译;驱动超声换能器的功放(4)[N];电子报;2009年

4 cyf翻译;驱动超声换能器的功放(3)[N];电子报;2009年

5 记者 陈静莹 通讯员 杜梓;我市省级新型研发机构增至6家[N];汕头日报;2016年

6 李淑玲 许明昭;五大高科技项目联袂落户清苑区[N];保定日报;2016年

7 记者 王渊 通讯员 李淑玲 臧旭东;清苑 在对接京津中好项目大项目相继落地[N];河北经济日报;2016年

8 夏杰生;技术创新逆势“井喷”[N];中国冶金报;2013年

相关博士学位论文 前10条

1 曾庚鑫;超磁致伸缩功率超声换能器理论分析与实验研究[D];华南理工大学;2013年

2 刘世清;径向及径—扭复合振动模式夹心式压电超声换能器研究[D];陕西师范大学;2005年

3 张小丽;纵弯及纵径振动模式转换功率超声换能器的研究[D];陕西师范大学;2014年

4 田华;新型超声换能器与辐射器的研究[D];陕西师范大学;2013年

5 胡静;径向夹心式压电超声换能器的研究[D];陕西师范大学;2015年

6 李玉金;ZnO薄膜超声换能器的研制及其声光器件研究[D];华中科技大学;2016年

7 林洲;声人工结构增强医学超声换能器聚焦性能的研究[D];南京大学;2016年

8 武一民;引线键合系统设计理论与关键技术[D];天津大学;2008年

9 李春华;铝板电磁超声检测技术关键问题研究[D];沈阳工业大学;2012年

10 温世杰;数字式医学超声内窥镜成像系统的研究[D];天津大学;2009年

相关硕士学位论文 前10条

1 段纯杰;基于超声手术刀应用的超声波电源[D];华中科技大学;2017年

2 张继业;基于声波层析技术的温度场检测[D];华北电力大学(北京);2018年

3 高孟娣;基于凹型多阵元超声换能器的多点聚焦仿真研究[D];东北大学;2017年

4 王相蓉;基于静电超声换能器的测距系统的设计[D];大连交通大学;2016年

5 古先毅;压电超声换能器自适应匹配系统研究[D];长春理工大学;2018年

6 朱奇峰;面向骨质损伤辅助治疗的柔性压电超声换能器研究[D];苏州大学;2018年

7 邱佳明;用于高温管道测厚的脉冲电磁铁电磁超声换能器研究[D];哈尔滨工业大学;2018年

8 徐进;基于电磁超声换能器封头螺栓检测系统的研制[D];大连理工大学;2018年

9 吕云飞;电容式微机械超声换能器建模与仿真技术研究[D];中北大学;2018年

10 钟思恒;基于功率超声的自来水脱氯技术的研究[D];南京航空航天大学;2018年

本文编号：2702435