论文总字数：28002字

摘 要

本文主要介绍了在声波测温的原理以及对测温信号的分析及处理。

首先文章就声波测温技术的应用背景及现状、声波测温的发展过程进行了介绍，提出了声波测温相比于其他测温技术的优势，以及其发展前景。其次，对声波测温的原理，其所运用的物理知识以及公式作了详细的介绍，让读者简单了解声波测温的基本原理，声波测温利用的是声音在不同温度下的传播速度不同的特性。最后，是声波测温所用的编程，程序需用matlab平台运行，程序的功能是对一组实际的测温信号进行处理和分析，通过对采样信号的处理得到声波在各个通道的飞渡时间，再利用飞渡时间得到测量平面上划分的各网格的平均温度，并通过平均温度建立温度场，从而实现了声波测温信号的分析及处理。

关键词：声波；测温；飞渡时间；温度场

Abstract

First of all, this paper gives a introduction of the background and current situation of this technology. The development of this technology is also included. The advantages of acoustic waves compared to other methods and prospects are mentioned in this article. Then, details are given to introduce the theory and physical formula used in this technology. And the readers can come to understand that the basically theory is acoustic waves travel in different speed when the temperature differs. At last, the article presents the program operated by Matlab. The function of the program is to handle the signals acquired by measuring system to gain the time of flight. After that, the average temperature can be calculated to help to establish the temperature field.

Key words: acoustic wave; temperature measurement; time of flight; temperature field

目 录

摘 要 1

Abstract 2

第一章 绪论 4

1.1引言 4

1.2声波测温的发展历程 6

1.3声波测温的现状及技术介绍 8

1.4本文的研究目的和主要研究内容 10

第二章 声学测温的理论基础和系统组成 12

2.1理论基础 12

2.2系统组成 13

2.3测量误差来源分析及解决方法 15

第三章 信号分析及处理 17

3.1实验装置以及信号获取 17

3.2互相关分析法的原理及应用 18

3.3声学CT算法的原理及应用 22

3.4插值法进行温度场的重建 24

第四章 实验结果的总结 26

4.1对本文中实验过程和结果的总结 26

4.2声波测温相比于其他测温装置的优点 26

4.3声波测温的不足 28

附录 程序设计说明书 29

1.信号输入 29

2.互相关分析 30

3.飞渡时间表 33

4.重建温度场 38

致 谢 40

参考文献 41

第一章 绪论

1.1引言

中国电力工业作为国民经济的支柱产业，这些年电力产业发展之快，创造了世界电力史上的奇迹。

在我国电力装机总量不断增长的同时，电能的质量也有显著的提高。首先，体现在电力结构的不断优化上，我国电力工业装备水平已经达到了世界先进水平，大型机组的逐渐普及，提高了火电机组的发电效率，另一方面则体现在电力在节能环保方面取得的进展。小火电机组的关停，脱硫机组安装容量的增加，是我国的电力产业发展呈现容量不断增长，但是烟尘的排放量呈下降趋势的良好态势，每千瓦时的烟尘排放量几乎和发达国家持平。

但是目前我国的电力工业的发展还面临着资源和环境两个瓶颈。目前，我国人均的装机量与一些发达国家相比还存在着较大的差距。随着社会的不断进步，中国的电力需求还将不断增加，中国电力行业的可持续化发展还需要克服许多困难，解决很多问题。

提高发电厂的安全可靠性、可用率、提高发电厂的经济性，降低煤耗、水耗和厂用电率和锅炉内的燃烧工况有着紧密的联系。对燃烧工况的的可测和可控，也就成了机组控制系统的重要部分之一，同时为了响应节能减排的要求，越来越多的超临界、超超临界机组改进了燃烧技术，用来保证火电机组的安全稳定的运行，并减少有害气体如氮氧化物、硫化物等的产生。而温度作为监测燃烧工况最基本的参数之一，如何对它准确有效的测量一直是一个重要的研究方向。实现温度的可测可控，对于火电机组的安全稳定的运行，燃烧效率的提高以及节能环保等要求有着重大的意义。

现代社会的运转离不开电能。电能使用简单，调节方便，容易转换，并且相比于一些一次能源如石油、天然气等，较为清洁。电力工业的发展在某种程度上也代表着工农业的发展，电力工业水平是体现人民生活水平和现代化进程的重要标志。电力的生产方法很多，目前较为普及的有火力发电、水力发电、风能发电、核能发电、太阳能、地热能、生物质能发电等。在我国，就目前来看，火力发电现在以及将来的很长一段时间都会是生产电力的主要方式。

火力发电厂是将化石燃料如煤、油、汽等的化学能转换为电力生产的企业，在转化过程中需要经过一系列的复杂化学和物理变化，主要的能量转化设备有锅炉、汽轮机和发电机。在锅炉中化石燃料首先转变为载热体的热能，再转化为在汽轮机内做功的工质——蒸汽的热能，在汽轮机中蒸汽的热能转化为汽轮机高速旋转的机械能，通过发电机转变为最终的产品——电能。所以，在火力发电厂中，锅炉、汽轮机和发电机被称作三大主要设备。为实现电能的生产，除三大主机外，还需要一系列不可缺少的辅助设备，将其与主机组连接为一个整体。

我国的火力发电厂以燃煤为主，燃煤火力发电厂所生产的电力占我国发电总量的80％以上。燃煤火电厂锅炉的主要燃烧方式为煤粉燃烧。原煤经过磨煤机磨制成一定细度的煤粉，由空气送入锅炉的炉膛燃烧，向锅炉提供热源。锅炉的炉膛具有较大的空间，煤粉在此空间内悬浮燃烧。炉膛周围墙壁上布置有密集排列的管子（又称水冷壁），管内有水或者汽水混合物流过，既能够吸收炉膛内高温燃烧的辐射热，又能够保护炉墙不被烧坏。燃烧火焰中心温度具有1500摄氏度或者更高的温度，在炉膛上部的出口处，烟气温度会降低到稍低于煤灰熔点的水平。锅炉的排烟温度一般在110~150摄氏度，锅炉的燃烧设备一般会采用低NO_x（氮氧化物）的燃烧技术，有些锅炉还配有脱硝装置，用来减少排烟向大气排放的NO_x的浓度。

送入到锅炉的水称为给水，从给水到过热蒸汽需要经过一系列的加热过程，首先是给水在水冷壁内被加热到饱和温度，其次是饱和水的蒸发汽化，最后是饱和蒸汽的过热。使饱和水变成饱和蒸汽的受热面称作蒸发受热面，这一过程在炉膛的水冷壁内完成，而把饱和蒸汽加热至过热蒸汽的受热面称作过热器。

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