獲取準(zhǔn)確的溫度分布對(duì)于確保工業(yè)系統(tǒng)的高效、穩(wěn)定運(yùn)行,降低污染物排放等方面具有重要意義。聲學(xué)層析成像（Acoustic Tomography,AT）因具有非侵入式傳感、測(cè)溫范圍廣、適用于大尺度空間測(cè)量等優(yōu)點(diǎn)被認(rèn)為是極具發(fā)展遠(yuǎn)景的溫度分布測(cè)量技術(shù)。本文主要研究飛行時(shí)間（Time of Flight,TOF）測(cè)量方法及AT溫度分布重建算法。主要工作總結(jié)如下:（1）研究了聲學(xué)法測(cè)溫原理,比較了常見聲波TOF測(cè)量方法,分析了 AT重建原理,總結(jié)了典型重建算法,闡明了影響測(cè)量精度因素,數(shù)值實(shí)驗(yàn)研究了初值選擇和噪聲水平對(duì)重建精度的影響。（2）提出了一種多尺度雙向閾值TOF測(cè)量方法,克服了實(shí)際測(cè)量中聲接收信號(hào)存在零點(diǎn)漂移、噪聲干擾及電壓閾值確定困難等問(wèn)題。實(shí)驗(yàn)研究證實(shí)了新方法在提高TOF數(shù)據(jù)測(cè)量精度方面的有效性。（3）提出了一種耦合了灰狼優(yōu)化算法（Grey WolfOptimizer,GWO）和極限學(xué)習(xí)機(jī)（Extreme Learning Machine,ELM）優(yōu)勢(shì)的兩階段聲學(xué)重建算法,緩解了TOF測(cè)量數(shù)據(jù)粗差和獨(dú)立測(cè)量數(shù)據(jù)量匱乏的問(wèn)題。第一階段,將測(cè)量區(qū)域劃分成一個(gè)粗離散網(wǎng)格,減少了未知變量的數(shù)量... 

【文章來(lái)源】：華北電力大學(xué)(北京)北京市 211工程院校 教育部直屬院校

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【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

圖２－１波動(dòng)示意圖??Ｆｉｇ．２－１?Ｆｌｕｃｔｕａｔｉｏｎ?ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ??

ＴＯＦ測(cè)量結(jié)果的精確性難以保證。考慮到聲波收發(fā)器在工作過(guò)程中需要一定起振階段，閾值法獲得的到達(dá)時(shí)刻常滯后于實(shí)際時(shí)刻［８３，８４］；此外，聲波信號(hào)身幅值的波動(dòng)也會(huì)對(duì)閾值法ＴＯＦ測(cè)量精度產(chǎn)生影響。??２．３重建原理??ＡＴ溫度分布測(cè)量機(jī)理就是在測(cè)量區(qū)域內(nèi)安裝聲波收發(fā)器對(duì)（均具有發(fā)射接收功能），當(dāng)一個(gè)收發(fā)器發(fā)出的聲波脈沖被另一個(gè)檢測(cè)到時(shí)，基于：聲波傳播徑距離ｄ是已知不變量的前提下，通過(guò)測(cè)量出聲波在兩個(gè)收發(fā)器對(duì)之間的ＴＯ數(shù)據(jù)（／ＴＯＦ），再利用聲波傳播速度ｃ與介質(zhì)溫度ｒ之間的單值函數(shù)關(guān)系，即可確定該收發(fā)器對(duì)所在路徑的氣體介質(zhì)溫度ｒ：??Ｔ?＝?［｛ｄｌｔＴＯＴ）ＩＺｆ?（２－１３）從公式（２－１３）分析可知，在進(jìn)行ＡＴ測(cè)量時(shí)，首先需要獲取聲波在該傳路徑上的ＴＯＦ數(shù)據(jù)，再經(jīng)計(jì)算后得到其氣體介質(zhì)溫度ｒ。??考慮到測(cè)量區(qū)域的幾何形狀不同，應(yīng)根據(jù)具體測(cè)量區(qū)域適當(dāng)布置若干聲波發(fā)器；利用收發(fā)器收、發(fā)聲波信號(hào)，形成了多條有效的聲波傳播路徑。圖２－２示了不同測(cè)量區(qū)域的聲波收發(fā)器布置示意圖。??

典型溫度分布算法重建結(jié)果


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