[發(fā)明專利]一種考慮聲線彎曲的聲學(xué)CT溫度場重建方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410399806.2
• 申請日: 2014-08-13
• 公開（公告）號: CN104155030A
• 公開（公告）日: 2014-11-19
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 顏華;王善輝;劉麗鈞;周英鋼
• 申請（專利權(quán)）人: 沈陽工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: G01K11/24
• 分類號: G01K11/24
• 代理公司: 沈陽智龍專利事務(wù)所(普通合伙) 21115
• 代理人: 宋鐵軍;周楠

1.一種考慮聲線彎曲的聲學(xué)CT溫度場重建方法，其特征在于：該方法由以下步驟構(gòu)成：

步驟(1)：預(yù)先將若干個聲波收發(fā)器布置在被測層面的周圍，形成m條有效穿過被測層面的聲波路徑，并將被測層面均勻地劃分成n(n＜m)個像素；測量聲波在m條有效路徑上的傳播時間并將它們組合成m維聲波傳播時間向量t；由預(yù)先計算好的不考慮聲線彎曲的重建矩陣l和向量t，用式(1)求出每個像素的幾何中心點處聲速的倒數(shù)，進而求出各像素幾何中心點處的聲速及溫度；

s＝(l^Tl)^-1l^Tt

其中s₁,...,s_n分別表示n個像素幾何中心點處聲速的倒數(shù)；t₁,...,t_m分別表示聲波在m條路徑上的傳播時間；l_ki表示第k條路徑在第i個像素內(nèi)的長度；由于聲波收發(fā)器位置已知，被測區(qū)域像素劃分后，各聲波路徑視為直線即不考慮聲線彎曲時的l_ki可求，不考慮聲線彎曲的重建矩陣l能夠預(yù)先算好；

步驟(2)：用三角形前向展開法追蹤出步驟(1)給出的重建場中各有效聲波路徑的聲線軌跡；當(dāng)已知入射點聲速及聲線出射角時，用三角形前向展開法可在給定等腰三角形底和高且各三角形頂點聲速可獲得的前提下，求出聲線軌跡；下面只給出入射點聲速、聲線出射角、等腰三角形底和高及各三角形頂點聲速的確定方法；

入射點聲速：用布置在各聲波收發(fā)器處的接觸式溫度傳感器，獲得聲波收發(fā)器處的溫度；利用聲速與溫度的關(guān)系求出各聲波收發(fā)器處的聲速，即入射點聲速；

聲線出射角：以聲波收發(fā)器A、B間的聲線軌跡追蹤為例，簡述如下：

①以聲線起點A到終點B的直線方向所對應(yīng)的角度θ₁為聲線出射角初值，用三角形前向展開法獲得聲線與終點所在直線的交點B1；若B1與B的間距達(dá)到誤差限要求，則θ₁即為所求本征聲線出射角；否則調(diào)整出射角為θ₂使其對應(yīng)聲線在終點所在直線上的交點B2位于B的另一側(cè)，即B2、B1分列于B的兩側(cè)；

②將區(qū)間[min(θ₁,θ₂),max(θ₁,θ₂)]p等分，得到p個出射角估值min[θ₁,θ₂]+i×|θ₂-θ₁|/p，i＝1,2,...,p-1，其中p為正整數(shù)且其取值保證等分間隔≤π/100；

③用三角形前向展開法求出上述p個出射角估值所對應(yīng)的聲線在終點所在直線上的p個交點，找出其中與終點B最鄰近的兩交點Bn1和Bn2，則所求本征聲線出射角為θ_si＝θ_n1+(θ_n2-θ_n1)×(B-Bn1)/(Bn2-Bn1)；其中θ_n1,θ_n2分別是對應(yīng)于交點Bn1和Bn2的聲線出射角；

等腰三角形底和高：追蹤兩收發(fā)器間的本征聲線軌跡時，展開的等腰三角形的高設(shè)置為兩收發(fā)器間距的3％，且三角形的底邊與高相等；

各三角形頂點聲速：將被測區(qū)域均勻地細(xì)化為20×20＝400個像素，以步驟(1)獲得的n個像素中心點的聲速及各收發(fā)器處聲速為已知，用插值的方法獲得400個細(xì)化像素幾何中心點處的聲速；再根據(jù)三角形展開過程中三角形頂點所在細(xì)化像素4個頂點的聲速，用雙線性插值算法求出三角形頂點聲速。

步驟(3)：用圖形裁剪算法求出步驟(2)所獲得的各有效聲波路徑的聲線軌跡在n個像素內(nèi)的聲線長度，形成考慮聲線彎曲的重建矩陣l′如式(2)所示；再由矩陣l′和聲波傳播時間向量t，用式(3)為每個像素的幾何中心點求出一聲速的倒數(shù)；然后，利用聲速與溫度的關(guān)系為每個像素的幾何中心點求出一考慮聲線彎曲的溫度；再用插值運算的方法，獲得整個被測層面的溫度分布，實現(xiàn)被測層面考慮聲線彎曲地、準(zhǔn)確快速聲學(xué)CT溫度場重建；

s′＝(l′^Tl′)^-1l′^Tt，???????(3)

其中l(wèi)′_ki表示由步驟(2)獲得的第k條聲波路徑的聲線軌跡在第i個像素內(nèi)的長度，s′＝(s′₁,...,s′_n)^T，s′₁,...,s′_n分別表示n個像素幾何中心點處聲速的倒數(shù)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的考慮聲線彎曲的聲學(xué)CT溫度場重建方法，其特征在于：步驟(1)中收發(fā)器的位置應(yīng)使收發(fā)器間所形成的聲波路徑盡可能均勻地穿過被測區(qū)域。