三维温度场声学测量方法及计算机仿真研究

摘要

温度场的检测在许多研究领域及工农业生产和日常生活等许多方面都具有十分重要的意义.然而,温度场的测量又是一个十分复杂的问题,传统的温度检测方法已经远远不能够满足生产和生活的需要.作为一种新型的测温方法,声学方法具有快速、精确、测量范围宽等特点,在工业生产、科学研究中能够满足温度场精确测量和在线控制的需要,特别是在高温和恶劣的测温环境中,此方法更具有传统方法所无法比拟的优势和特点. 课题主要对声学温度场测量的方法及算法进行了研究,并实现声学方法对三维温度场的测量重建及计算机仿真.首先,对温度场监测的现实意义进行了分析,并介绍了温度场声学测量方法的原理及发展情况.尔后,由于温度梯度场中声波传播路径的

目录

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创新点摘要

第1章概述

1.1课题背景

1.1.1温度场监测的目的和意义

1.1.2传统测温方法的不足

1.2温度场声学测量方法的发展历史、国内外研究现状及发展趋势

1.2.1温度场声学测量方法的发展历史

1.2.2国内外的研究应用状况

1.2.3主要发展方向和研究趋势

1.3本课题的主要研究内容

1.4论文的组织安排

第2章温度场声学测量方法的原理及系统构成

2.1引言

2.2温度的声学测量方法

2.2.1温度的超声测量

2.2.2声学测温的典型装置介绍

2.2.3气体介质温度声学测量的基本原理

2.3温度场声学测量方法的工作原理及系统组成

2.3.1温度场声学测量方法的工作原理

2.3.2温度场声学测量方法的系统组成

2.3.3典型产品介绍

2.4温度场声学测量方法的优势

2.5本章小结

第3章温度梯度场中的声波路径追踪方法

3.1引言

3.2射线声学基础

3.2.1声线

3.2.2射线声学的基本方程

3.2.3费马原理

3.3传统的声线追踪方法

3.3.1基于费马原理和数学变分原理的声线路径追踪算法

3.3.2声线追踪的特征值法

3.3.3传统声线追踪方法的不足

3.4使用三角形前向展开法追踪温度梯度场中的声线

3.4.1使用三角形前向展开法追踪二维温度梯度场中的声线

3.4.2三维声线追踪的正三棱锥前向伸展算法

3.5仿真计算和结果分析

3.5.1二维温度场中的声线轨迹追踪

3.5.2三维温度场中的声线轨迹追踪

3.5.3仿真计算结果分析

3.6本章小结

第4章复杂温度场的声学测量重建算法

4.1引言

4.2温度场声学测量重建的最小二乘算法

4.3温度场声学测量重建的有限级数展开算法

4.3.1反问题的提出

4.3.2观测矩阵H的傅里叶级数展开

4.3.3观测矩阵H的高斯级数展开

4.3.4正则化方法

4.4本章小结

第5章三维温度场的声学测量重建及计算机仿真

5.1引言

5.2反问题的一般论述

5.2.1反演问题的两对基本概念

5.2.2反演问题的提法

5.2.3反演问题的求解

5.3三维温度场的声学测量重建

5.3.1传感器空间分布和测量区域的分块方法

5.3.2最小二乘法重建原理

5.3.3多元插值

5.4考虑声波折射路径时的温度场重建

5.4.1声波的折射路径——本征声线

5.4.2本征声线的求解方法

5.4.3考虑声波折射路径时的温度场重建算法

5.5声波传播时间的测量

5.5.1信号的互相关函数分析方法

5.5.2温度场重建过程中声波传播时间数据的获取

5.6三维温度场的表示方法

5.6.1切片图指令

5.6.2颜色比例条

5.7三维温度场的测量重建与仿真计算

5.7.1模型温度场

5.7.2重建温度场

5.7.3结果分析

5.8本章小结

总结与展望

参考文献

附录不同超声温度计的原理、特点及应用范围对比

硕士在读期间发表的论文

致谢