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基于声音传感器的温度场重建算法的研究

作　者: 刘哲
导　师: 邵富群
学　校: 东北大学
专　业: 检测技术与自动化装置
关键词: 声学法温度场最小二乘法单路径函数法
分类号: TK311
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
下　载: 53次
引　用: 2次
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内容摘要

燃烧温度测试技术是燃烧理论和技术发展的重要基础之一,炉内火焰的温度场对于锅炉控制和燃烧诊断具有极为重要的意义。声学测温法作为一种新型的测温方法,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测量和在线控制的需要,对于优化燃烧、降低污染、设备安全运行、以及炉膛设计都具有重要的指导意义。本文介绍了声学温度场检测技术的基本理论及常见测量方法。基于声波在传感器间传播时间的测量,本文对燃煤锅炉炉膛内的温度场重建进行了仿真研究。在炉膛纵向上选择两个典型平面,对这两个平面所包围的三维空间的温度场进行重建。设每一个平面上均匀安放八个收/发二合一的声音传感器,每一支传感器所发出的声音,可被不在同一侧墙壁上的其它所有传感器接收到。根据测得的声波在不同传感器间传播的时间,利用最小二乘法,实现对单峰对称温度场、单峰偏斜温度场和双峰温度场的三维温度场重建。针对典型的炉内温度场呈对称分布情况,首先确定单路径函数,再划分网格,用插值方法求网格点温度值的算法重建了二维温度场。但是该算法有一定的局限性,仅对单峰对称温度场有较好的重建效果。最后总结了影响温度场重建精度的诸多因素并提出改进方法。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-10
第1章绪论  10-18
  1.1 课题背景  10-11
  1.2 常见锅炉温度测量方法综述  11-14
    1.2.1 接触式测温法  11-13
    1.2.2 非接触式测温法  13-14
  1.3 基于声学测量温度场的介绍  14-15
  1.4 国内外声学法温度场测量研究现状  15-17
  1.5 本文的主要研究任务  17-18
第2章声学法三维温度场重建  18-26
  2.1 声学法重建三维温度场原理及系统组成  18-19
    2.1.1 声学法重建温度场的系统组成  18-19
    2.1.2 声学法重建温度场的工作原理  19
  2.2 声学法测温的基本原理  19-21
  2.3 最小二乘重建算法的理论基础  21-23
  2.4 基于最小二乘法重建重建温度场的具体步骤  23
  2.5 本章小结  23-26
第3章温度场可视化监测系统  26-36
  3.1 温度场可视化监测系统概述  26
  3.2 温度场可视化监测系统硬件部分  26-27
  3.3 温度场可视化监测系统软件部分  27-35
    3.3.1 监测界面主要功能模块  28-31
    3.3.2 监测界面效果显示  31-35
  3.4 本章小结  35-36
第4章声学法三维温度场仿真  36-52
  4.1 计算机仿真概述  36
  4.2 三维温度场重建的仿真概述  36-37
  4.3 三维温度场重建的系统仿真  37-38
  4.4 三维温度场的数学模型  38-39
  4.5 三维温度场的重建结果与分析  39-51
    4.5.1 单峰对称温度场  39-46
    4.5.2 单峰偏斜温度场  46-48
    4.5.3 双峰温度场  48-51
  4.6 仿真结论  51
  4.7 本章小结  51-52
第5章单路径函数法重建温度场  52-76
  5.1 双线性模型法  52-54
  5.2 插值与拟合  54-73
    5.2.1 平方反比法  55-56
    5.2.2 Bezier曲面拟合  56-58
    5.2.3 多层次B样条曲面拟合算法  58-64
    5.2.4 遗传算法拟合曲面  64-73
  5.3 重建结果与分析  73-75
  5.4 本章小结  75-76
第6章影响温度场重建结果的因素  76-90
  6.1 "弯曲效应"对温度场重建的影响  76-83
    6.1.1 弯曲效应的概念及其理论依据  76-77
    6.1.2 基于Fermat原理解决弯曲效应  77-79
    6.1.3 仿真结果与分析  79-83
  6.2 传感器个数对温度场重建结果的影响  83-84
  6.3 传感器位置分布对温度场重建结果的影响  84-85
  6.4 被测区域划分方法对温度场重建结果的影响  85-86
  6.5 壁温对温度场重建结果的影响  86
  6.6 测量声波传播时间对温度场重建的影响  86-88
  6.7 不确定气体成分对温度场重建结果的影响  88
  6.8 炉内介质的速度对温度场重建结果的影响  88
  6.9 本章小结  88-90
第7章结论与展望  90-92
参考文献  92-96
致谢  96

基于声音传感器的温度场重建算法的研究

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