【摘要】：能源問題已經(jīng)成為世界各國的核心議題,應(yīng)用新技術(shù)對以化工和冶金為代表的高耗能行業(yè)進(jìn)行重大技術(shù)改造迫在眉睫,使用微波加熱替代傳統(tǒng)加熱可以極大提高能源的利用率,達(dá)到節(jié)能減排的目的。而微波能在大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用中還存在著急待解決的技術(shù)瓶頸問題:難以真正實(shí)現(xiàn)大功率微波源的高效、安全和可靠的應(yīng)用。上述問題的存在,歸根于缺乏微波與時(shí)變媒質(zhì)相互作用過程中的信息獲取、處理和控制的有效手段,而媒質(zhì)內(nèi)部溫度場的感知是決定控制有效性的關(guān)鍵�？紤]到工業(yè)加工環(huán)境的特殊性,傳統(tǒng)的測溫方式難以實(shí)現(xiàn)測溫需求,選用超聲波測溫技術(shù)突破了普通測溫方式的局限。作為一種非接觸式測溫方法,超聲波測溫技術(shù)具有測量范圍寬、對被測溫度場干擾小、傳感器布置簡易等特點(diǎn),并且能夠?qū)崟r(shí)地監(jiān)測溫度場的瞬態(tài)變化,具備能夠在強(qiáng)腐蝕、強(qiáng)振動(dòng)以及強(qiáng)電磁干擾等特殊環(huán)境下完成溫度測量的優(yōu)勢,廣泛應(yīng)用于工業(yè)鍋爐燃燒、海洋熱液、倉庫儲(chǔ)糧以及等離子體室、核反應(yīng)堆、汽輪進(jìn)氣、惰性氣體、溫度標(biāo)準(zhǔn)等領(lǐng)域的溫度場測量。超聲波測溫技術(shù)是利用超聲波在介質(zhì)中的傳播速度會(huì)隨著介質(zhì)溫度而變化這一特點(diǎn),通過測得介質(zhì)中不同溫度下的超聲波飛渡時(shí)間后,可間接地求得介質(zhì)溫度。因此超聲波飛渡時(shí)間的精確測量是影響超聲測溫精確度的關(guān)鍵因素,而針對超聲波飛渡時(shí)間難確定的問題,本文提出了一種基于粒子群優(yōu)化算法的超聲波飛渡時(shí)間的測量方法。首先給予發(fā)射換能器一組雙激勵(lì)發(fā)射信號(hào),然后用希爾伯特變換法對接收到的兩次回波信號(hào)分別求取包絡(luò),選用混合指數(shù)模型對包絡(luò)信號(hào)進(jìn)行上升沿?cái)M合,構(gòu)建最小二乘法優(yōu)化目標(biāo)函數(shù),最后使用粒子群優(yōu)化算法進(jìn)行參數(shù)估計(jì),得到兩次包絡(luò)信號(hào)上升沿的分離點(diǎn),從而獲得超聲波飛渡時(shí)間,繼而求得飛渡路徑上的溫度值。本文分別從軟硬件方面詳細(xì)介紹了超聲測溫系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與搭建,并在二維三路徑的實(shí)物平臺(tái)上對本文所提方法進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,通過對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和結(jié)果的統(tǒng)計(jì)和分析,證明本文所提方法結(jié)合所設(shè)計(jì)的超聲測溫系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)較高的測溫精度。
[Abstract]:The energy problem has become the core issue in the world. It is urgent to use new technology to transform the energy-consuming industry, which is represented by chemical industry and metallurgy. Microwave heating instead of traditional heating can greatly improve the efficiency of energy utilization. To achieve the purpose of energy saving and emission reduction. However, there are still some technical bottlenecks in large-scale industrial application: it is difficult to realize the high-efficient, safe and reliable application of high-power microwave source. The existence of these problems is rooted in the lack of effective means of information acquisition, processing and control in the process of interaction between microwave and time-varying medium, and the perception of temperature field in the medium is the key to the effectiveness of the control. Considering the particularity of the industrial processing environment, it is difficult to realize the requirement of temperature measurement by traditional temperature measurement method. The ultrasonic temperature measurement technology has broken through the limitation of ordinary temperature measurement method. As a non-contact temperature measurement method, ultrasonic temperature measurement technology has the characteristics of wide measurement range, small interference to the measured temperature field, simple sensor arrangement, and can monitor the transient change of temperature field in real time. The advantages of temperature measurement in special environment, such as strong vibration and strong electromagnetic interference, are widely used in industrial boiler combustion, marine hydrothermal, storage of grain in warehouse and plasma chamber, nuclear reactor, steam turbine intake, inert gas, Temperature field measurement in the field of temperature standards. Ultrasonic temperature measurement is based on the fact that the velocity of ultrasonic wave propagates in the medium varies with the temperature of the medium. The temperature of the medium can be obtained indirectly by measuring the flight time of the ultrasonic wave at different temperatures in the medium. Therefore, the accurate measurement of ultrasonic flyover time is the key factor that affects the accuracy of ultrasonic temperature measurement. Aiming at the difficulty of determining ultrasonic flyover time, a method of ultrasonic flyover time measurement based on particle swarm optimization (PSO) algorithm is proposed in this paper. First, a set of double excitation transmitting signals are given to the transmitter, then the envelope of the received two echo signals is obtained by Hilbert transform method, and the rising edge of the envelope signal is fitted by the mixed exponential model. The objective function is optimized by the least square method, and the parameters are estimated by using particle swarm optimization algorithm. The separation point of the rising edge of the twice envelope signal is obtained, and the ultrasonic flying time is obtained, and then the temperature value on the flight path is obtained. In this paper, the design and construction of ultrasonic temperature measurement system are introduced in detail from the aspects of hardware and software, and the proposed method is verified experimentally on the two-dimensional and three-path physical platform, and the statistics and analysis of experimental data and results are carried out. It is proved that the proposed method combined with the designed ultrasonic temperature measurement system can achieve high temperature measurement accuracy.
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TP18;TB559

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本文編號(hào)：2183178