声学层析成像温度分布重建研究

发布时间：2021-08-09 05:12

　　获取准确的温度分布对于确保工业系统的高效、稳定运行,降低污染物排放等方面具有重要意义。声学层析成像（Acoustic Tomography,AT）因具有非侵入式传感、测温范围广、适用于大尺度空间测量等优点被认为是极具发展远景的温度分布测量技术。本文主要研究飞行时间（Time of Flight,TOF）测量方法及AT温度分布重建算法。主要工作总结如下:（1）研究了声学法测温原理,比较了常见声波TOF测量方法,分析了 AT重建原理,总结了典型重建算法,阐明了影响测量精度因素,数值实验研究了初值选择和噪声水平对重建精度的影响。（2）提出了一种多尺度双向阈值TOF测量方法,克服了实际测量中声接收信号存在零点漂移、噪声干扰及电压阈值确定困难等问题。实验研究证实了新方法在提高TOF数据测量精度方面的有效性。（3）提出了一种耦合了灰狼优化算法（Grey WolfOptimizer,GWO）和极限学习机（Extreme Learning Machine,ELM）优势的两阶段声学重建算法,缓解了TOF测量数据粗差和独立测量数据量匮乏的问题。第一阶段,将测量区域划分成一个粗离散网格,减少了未知变量的数量... 

【文章来源】：华北电力大学(北京)北京市 211工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：143 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

图２－１波动示意图??Ｆｉｇ．２－１?Ｆｌｕｃｔｕａｔｉｏｎ?ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ??

ＴＯＦ测量结果的精确性难以保证。考虑到声波收发器在工作过程中需要一定起振阶段，阈值法获得的到达时刻常滞后于实际时刻［８３，８４］；此外，声波信号身幅值的波动也会对阈值法ＴＯＦ测量精度产生影响。??２．３重建原理??ＡＴ温度分布测量机理就是在测量区域内安装声波收发器对（均具有发射接收功能），当一个收发器发出的声波脉冲被另一个检测到时，基于：声波传播径距离ｄ是已知不变量的前提下，通过测量出声波在两个收发器对之间的ＴＯ数据（／ＴＯＦ），再利用声波传播速度ｃ与介质温度ｒ之间的单值函数关系，即可确定该收发器对所在路径的气体介质温度ｒ：??Ｔ?＝?［｛ｄｌｔＴＯＴ）ＩＺｆ?（２－１３）从公式（２－１３）分析可知，在进行ＡＴ测量时，首先需要获取声波在该传路径上的ＴＯＦ数据，再经计算后得到其气体介质温度ｒ。??考虑到测量区域的几何形状不同，应根据具体测量区域适当布置若干声波发器；利用收发器收、发声波信号，形成了多条有效的声波传播路径。图２－２示了不同测量区域的声波收发器布置示意图。??

典型温度分布算法重建结果


本文编号：3331436