[發明專利]一種考慮聲線彎曲的聲學CT溫度場重建方法

有效

• 申請號: 201410399806.2
• 申請日: 2014-08-13
• 公開（公告）號: CN104155030A
• 公開（公告）日: 2014-11-19
• 發明（設計）人: 顏華;王善輝;劉麗鈞;周英鋼
• 申請（專利權）人: 沈陽工業大學
• 主分類號: G01K11/24
• 分類號: G01K11/24
• 代理公司: 沈陽智龍專利事務所(普通合伙) 21115
• 代理人: 宋鐵軍;周楠

技術領域

本發明屬于聲學CT溫度場重建技術領域，通過考慮聲波在非均勻溫度場中會發生的聲線彎曲現象，提高非均勻溫度場聲學CT重建精度。

背景技術

聲學法測溫是根據聲波在介質中的傳播速度間接地得到介質溫度。氣體介質中的聲速c(m/s)與該氣體介質的絕對溫度T(K)、由氣體組成決定的氣體聲音常數z間的關系可表示為對于煙道混合氣而言該值為19.08，對于空氣而言為20.05。

聲學CT溫度場重建技術需要在被測區域周圍布置多個聲波收發器。任一發射器發射的聲波，可被所有接收器接收。這些收發器之間所形成的聲波路徑應盡可能均勻地覆蓋被測區域。測量聲波在各有效路徑上的傳播時間，便可在已知收發器位置的前提下，用適當的重建算法推算出被測區域的溫度分布。

聲學CT溫度場重建技術具有非接觸不干擾被測溫場、測溫范圍廣(零度～2000℃)、測量對象空間范圍大(可達數十米)等優點。目前的聲學CT溫度場重建方法普遍將聲波在發射/接收器間的傳播軌跡(本征聲線)按直線處理。但聲波在非均勻溫度場中傳播時，其軌跡會因聲波折射而產生彎曲?？紤]聲線彎曲現象，能有效地提高溫度場的重建精度。

有學者采用費馬原理與數學變分原理相結合的方法獲取聲線軌跡，實現了考慮聲線彎曲的溫度場重建。但費馬原理結合數學變分原理的聲線追蹤法需要求解復雜的偏微分方程組，計算復雜、運算速度慢。

發明內容

1、發明目的

本發明提出了一種快速地、考慮聲線彎曲的聲學CT溫度場重建方法，其目的在于提高非均勻溫度場的聲學CT重建精度。

2、技術方案：

本發明是通過以下技術方案來實現的：

一種考慮聲線彎曲的聲學CT溫度場重建方法，其特征在于該方法由以下步驟構成：

步驟(1)：預先將若干個聲波收發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。收發器的位置應使收發器間所形成的聲波路徑盡可能均勻地穿過被測區域。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，進而求出各像素幾何中心點處的聲速。

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；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個像素內的長度。由于聲波收發器位置已知，所以被測區域像素劃分后，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可預先算好。

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器處的接觸式溫度傳感器，獲得聲波收發器處的溫度；利用聲速與溫度的關系求出各聲波收發器處的聲速，即入射點聲速。