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声学法温度场检测技术作为一种新型的测温方法，具有非接触不干扰被测温度场、测量精确、测温范围广（0℃～2000℃）、可实时连续测量、测量对象空间范围大等优点，在工业生产、科学研究等领域能够满足温度场可在线测量及控制的需要。特别是在高温和恶劣的环境中，该方法有明显的优势。声学高温计是该技术在工业炉温度场监测中的典型应用。本文主要对声学法温度场测量的方法及温度场重建算法等问题进行了较深入的研究，重点研究了考虑声线弯曲的温度场重建问题。主要完成了以下工作。 本文首先介绍了声学法温度场重建的原理、常用的温度场重建算法以及温度场重建质量的评价标准。分析了影响声学法温度场测量精度的主要因素。针对现有温度场重建算法普遍存在的问题，即被测区域网格划分数须小于系统可获得的有效声波路径数，选择径向基函数与奇异值分解法对三维温度场进行重建研究。该算法允许被测区域划分的网格数可远多于有效声波路径数，因此更适合复杂温度场重建。 当声波穿过不均匀温度场时，声波的传播轨迹会因为折射而产生弯曲。将声波路径近似为直线会给重建带来较大的模型化误差，因此本文对声线追踪的方法进行了研究。介绍了三种常用的声线追踪方法以及两种本征声线出射角的确定方法。针对现有的本征声线出射角确定方法存在的问题，提出了用多种策略相结合的粗扫-细扫方法确定本征声线出射角并选择正三棱锥前向展开法追踪声线。实际追踪结果表明，三维温度梯度场中的声线轨迹有明显弯曲。所提的本征声线轨迹追踪法，可用于复杂三维温度场实际声线轨迹的确定及声学CT重建系统中。 为提高非均匀温度场声学法的重建精度，提出考虑声线弯曲效应的三维温度场重建算法。首先用三维重建算法获得一个不考虑声线弯曲的重建温度场，然后在这个温度场中，用多种策略相结合的粗扫-细扫方法确定本征声线出射角，以正三棱锥前向展开法追踪声线，获得此温度场中声波收发器之间的本征声线后，建立本征声线上声波传播时间与温度分布的关系，进而实现考虑声线弯曲的三维温度场重建。仿真实验结果表明考虑声线弯曲后，能明显提高非均匀温度场的重建精度。且非均匀温度场的温度梯度越大，改善的效果越明显。 |
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