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声学层析成像传感器布局设计

中国科技论文 2014年第4期9卷 413-416页

作者：王善辉颜华李爽沈阳工业大学信息科学与工程学院沈阳110870

声学传感器阵列设计的合理性直接影响声学层析成像系统对温度场重建质量。本文对声学传感器阵列的数量、布局等参数进行设计,利用计算机对不同结构下的传感器阵列进行仿真,比较了几种模型温度场的重建结果,初步确定了传感器阵列各参数... 详细信息

声学传感器阵列设计的合理性直接影响声学层析成像系统对温度场重建质量。本文对声学传感器阵列的数量、布局等参数进行设计,利用计算机对不同结构下的传感器阵列进行仿真,比较了几种模型温度场的重建结果,初步确定了传感器阵列各参数的最优值。通过对声学传感器阵列的仿真设计,提高了声学层析成像系统的性能,据此参数设计的声学传感器阵列获得了较高的温度场重建精度。

关键词：声学层析成像传感器阵列温度场仿真设计

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基于声学层析成像的炉内温度场重建算法研究

动力工程学报 2017年第7期37卷 525-532,568页

作者：刘厦刘石华北电力大学控制与计算机工程学院北京102206

为了获取快速准确的锅炉温度场在线监测信息,提出了一种基于声学层析成像(AT)测量的代数重建-神经网络(ART-NN)温度场重建算法,该算法结合了代数重建方法(ART)和BP神经网络方法的优势.采用该算法对多种典型的温度场模型进行数值仿真,分... 详细信息

为了获取快速准确的锅炉温度场在线监测信息,提出了一种基于声学层析成像(AT)测量的代数重建-神经网络(ART-NN)温度场重建算法,该算法结合了代数重建方法(ART)和BP神经网络方法的优势.采用该算法对多种典型的温度场模型进行数值仿真,分析了算法的重建结果和稳健性,并利用实验研究进一步评估该算法的性能.结果表明:ART-NN算法的重建质量和稳健性要优于Tikhonov正则法、Landweber迭代法和ART方法,为提高锅炉炉膛温度场重建质量提供了一种有效方法.

关键词：声学层析成像温度场测量重建算法 ART方法 BP神经网络

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一种声学层析成像温度分布高分辨率重建方法

系统仿真学报 2022年第9期34卷 2065-2073页

作者：张立峰苗雨华北电力大学自动化系河北保定071003

准确测量温度分布对工业生产具有重要的意义。针对声学层析成像中有限的网格划分数目会影响重建精度的问题,提出TR-RBF(tikhonov regularization-radial basis function)重建算法对温度场进行高分辨率重建。采用Tikhonov正则化对超声飞... 详细信息

准确测量温度分布对工业生产具有重要的意义。针对声学层析成像中有限的网格划分数目会影响重建精度的问题,提出TR-RBF(tikhonov regularization-radial basis function)重建算法对温度场进行高分辨率重建。采用Tikhonov正则化对超声飞行时间(time of flight,TOF)重建,得到粗网格下的温度分布,并用局部加权回归法对数据进行平滑处理,进而采用RBF神经网络将粗解进行预测得到细化后的温度分布。通过有噪声和无噪声的数值仿真,本算法与ART、SVD和Tikhonov三种算法相比,在典型峰型温度分布情况下的重建精度提升明显且抗噪性最好。

关键词：声学层析成像高分辨率温度重建 Tikhonov正则化 RBF神经网络局部加权回归预测

基于DenseNet与声学层析成像的温度场高分辨率重建

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动力工程学报 2023年第5期43卷 622-630页

作者：张立峰李晶华北电力大学自动化系河北保定071003

提出一种虚拟观测结合密集连接网络(DenseNet)的两阶段声学层析成像温度场高分辨率重建算法。以总体最小二乘为目标,采用虚拟观测法对超声飞行时间(TOF)进行重建,得到粗网格下的温度分布;然后利用搭建的DenseNet预测细化网格的温度分布... 详细信息

提出一种虚拟观测结合密集连接网络(DenseNet)的两阶段声学层析成像温度场高分辨率重建算法。以总体最小二乘为目标,采用虚拟观测法对超声飞行时间(TOF)进行重建,得到粗网格下的温度分布;然后利用搭建的DenseNet预测细化网格的温度分布信息,采用双输入模型,同时利用模块化输出方法对典型的温度场模型进行数值仿真。结果表明:该算法的重建质量和抗噪性均优于常用的虚拟观测方法、Landweber迭代法、Tikhonov算法及代数重建(ART)方法。

关键词：声学层析成像温度分布高分辨率重建虚拟观测密集连接网络模块化输出

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流场声学层析成像测量方法仿真和实验研究

仪器仪表学报 2024年第6期45卷 63-74页

作者：孔倩赵义豪姜根山王哲李鹏华北电力大学数理系保定071003 华北电力大学河北省物理学与能源技术重点实验室保定071003 华北电力大学数理学院北京102206

流速是实现工业生产过程在线监测和精准化控制的重要依据。为准确测得流场分布,提出了基于径向基函数结合均衡优化(RBF-EO)算法的流场声学层析成像方法。采用径向基函数逼近建立声学流场重建模型,利用均衡优化算法求解重建问题中的不适... 详细信息

流速是实现工业生产过程在线监测和精准化控制的重要依据。为准确测得流场分布,提出了基于径向基函数结合均衡优化(RBF-EO)算法的流场声学层析成像方法。采用径向基函数逼近建立声学流场重建模型,利用均衡优化算法求解重建问题中的不适定方程。对典型的四角切圆速度场模型进行了数值模拟与算法的抗噪性检验,并将本算法与传统的重建方法:Tikhonov算法、SVD分解法和灰狼优化算法进行了比较。仿真结果表明该算法能够很好的反演出流场分布,具有较高的重建性能和良好的抗噪性。最后,在实验室进行了1.05 m×1.05 m的测量区域内的流场声学测量实验,并与飘带流场显示和风速仪测量结果进行了对比,结果显示,RBF-EO算法与风速仪测量结果在8个测点的平均误差为9.77%,验证了本文声波流场测量方法的可靠性。

关键词：声波法流场测量声学层析成像均衡优化算法径向基函数

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基于声学层析成像的温度分布测量方法研究

基于声学层析成像的温度分布测量方法研究

作者：张飒华北电力大学(北京)

学位级别：硕士

温度是一种表征物体冷热程度的物理量,生物、医学、工业、能源等多个领域都需要对温度进行测量。随着社会发展、科技进步,各个相关领域对于温度测量提出了诸如更大范围、更复杂环境以及更高精度等要求。传统的接触式测温方法例如热电阻... 详细信息

温度是一种表征物体冷热程度的物理量,生物、医学、工业、能源等多个领域都需要对温度进行测量。随着社会发展、科技进步,各个相关领域对于温度测量提出了诸如更大范围、更复杂环境以及更高精度等要求。传统的接触式测温方法例如热电阻和热电偶测温获得的测量结果是传感器与待测物热平衡之后的测量结果,这种测量方法仅能测得单点温度,局限性较大。而对于光学测温,热辐射测温这类非接触式测温方法而言,虽然光学测温计不需要与被测物体直接接触,且可以测得区域温度,但仍然有易受环境影响、成本高的缺点。声学测温法作为一种新兴的非接触式测温技术,具有测量精度高、测量范围大、适用于多种复杂环境以及成本低廉的优点。因此,本文采用声学法进行温度测量以及温度场重建。本文对现有的声学温度测量算法进行了分析比较,提出了基于楔形基函数的温度场重建算法,并设计搭建了完整的声学温度测量平台,实现了完整的声学温度测量过程。本文完成的主要工作如下:1、本文介绍了声学测温技术的发展历史与研究现状,总结现有的温度检测技术,介绍了声学测温技术具有的优势,阐述声学测温的基本原理以及影响因素。2、通过仿真实验对比分析了目前常用的温度场重建算法如最小二乘法、代数重建算法、联合迭代重建算法等算法的重建精度,仿真结果表明现有的经典重建算法普遍存在抗噪声能力较弱、重建精度不高的缺点。基于上述问题,本文提出了结合奇异值分解与楔形基函数的新的二维温度场重建算法,并进行了仿真实验,对比了几种经典温度分布下的温度场重建结果。仿真实验表明,该算法相较于其他算法具有更高的重建精度与抗噪声能力。3、搭建了声学测温实验台,并进行了声学温度场重建实验。实验通过互相关算法获取声波在54条声路径上的渡越时间,并根据选择的算法进行二维温度场重建,并显示温度场重建结果的图像与温度数值,以铂电阻温度计的测温结果作为参考,验证了整套测温系统的可靠性实用性以及楔形基函数算法在二维温度场重建中的有效性。

关键词：声学测温声学层析成像重建模型温度场重建算法楔形基函数

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基于声学层析成像的温度场重建算法研究

基于声学层析成像的温度场重建算法研究

作者：颜佳峰浙江大学

学位级别：硕士

电站锅炉内温度分布的监测与可视化对于实现设备安全运行,能源高效利用,污染排放降低等都有着重要的实用意义和科学价值。然而,锅炉炉膛内的燃烧具有湍流强烈,瞬态变化,环境恶劣等特征,传统的温度测量方法可能无法满足需求。基于声学层... 详细信息

电站锅炉内温度分布的监测与可视化对于实现设备安全运行,能源高效利用,污染排放降低等都有着重要的实用意义和科学价值。然而,锅炉炉膛内的燃烧具有湍流强烈,瞬态变化,环境恶劣等特征,传统的温度测量方法可能无法满足需求。基于声学层析成像的温度场测量技术具有测温范围广、测量空间大、可在线实时监测、维护成本低等优点,在工业炉的温度场监测中有着广阔的应用前景。在声学测温技术中,温度场重建算法的选择是温度场测量结果的重要影响因素,本文以声学测温中温度场的重建算法为研究对象,主要完成了以下工作:受现场环境和设备的限制,实际应用中声波飞渡时间（Time Of Flight,TOF）数据往往有限而温度场分辨率要求较高,声波测温问题趋于病态性,对噪声的干扰比较敏感。本文提出了一种声学测温中较为新颖的二维温度场重建算法,该算法在最小二乘估计的基础上,加入了全变分正则化项,有效地解决了这类病态性问题,在声学数据较少时仍然能获得分辨率较高的温度图像。本文采用数值仿真实验研究了该算法的温度场重建性能表现,并对比了常见的Tikhonov和TSVD正则化算法的温度场重建效果,结果表明本文提出的全变分正则化的重建精度更高,且抗噪声干扰能力更强。除了在二维温度场上的重建算法研究之外,本文在三维温度场的重建上提出了一种基于Reflected Sigmoid的温度重建模型,并从奇异值谱的角度,研究了该模型的病态程度。在模型求解中,本文采用了基于最小平方残差（LSMR）的迭代算法。在数值实验上分别研究了该算法在三个不同复杂程度的温度场模型的重建效果,并在模拟TOF数据中添加噪声,考察该算法的抗干扰能力。最后与Tikhonov,TSVD正则化方法比较,综合评价该算法的重建性能。模拟结果证明,该算法的重建精度更高,抗噪声干扰性能更好,为三维温度场的重建提供了一个可行的方法。最后,搭建了声学测温实验台,采用互相关时延估计方法获得声波飞渡时间数据,应用全变分正则化算法进行二维温度场重建,并采用热电偶的测温结果作为实际参考温度,实验结果表明该算法的重建结果与预期温度场分布相符,且与实际温度相近,证明了全变分正则化在二维温场重建的实用型和有效性。

关键词：声学测温声学层析成像逆问题重建模型温度场重建算法正则化迭代法

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正则化声学层析成像温度分布的重建研究

南方能源建设 2020年第S2期7卷 68-74页

作者：楚攀黄长华白凤武陈澜中国能源建设集团广东省电力设计研究院有限公司中国科学院电工研究所

[目的]声学层析成像(AT)被认为是一种极具发展前景的温度分布测量方法,提高重建精度对于该方法的工程应用至关重要。[方法]使用了一种两阶段的重建方法。首先,将被测量的区域离散成为粗网格单元,进而减少未知变量,用于缓解声学测温反问... 详细信息

[目的]声学层析成像(AT)被认为是一种极具发展前景的温度分布测量方法,提高重建精度对于该方法的工程应用至关重要。[方法]使用了一种两阶段的重建方法。首先,将被测量的区域离散成为粗网格单元,进而减少未知变量,用于缓解声学测温反问题;通过构建新的目标函数将声学测温的反问题转变成为一个优化求解问题;用Nelder-Mead单纯形算法求解该目标的泛函,获得粗离散网格单元下的温度分布情况。然后,将测量区域继续剖分成更小的离散型网格单元,使用ELM方法去预测此网格单元的温度场分布。[结果]数值仿真结果表明:提出算法不仅确保AT测温反问题的数值稳定性,而且提高重建精度。[结论]研究成果为AT测温反问题的数值求解和提高重建精度引入了一种有效方法。

关键词：声学层析成像温度分布测量 Tikhonov正则法极限学习机 Nelder-Mead单纯形算法

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基于声学层析成像的温度场和流速场重构

智能计算机与应用 2024年第4期14卷 123-127页

作者：刘艺璇余俊辉董晨龙徐涛王海麟周新志四川大学电子信息学院智能控制研究所成都610065 中国核动力研究设计院核反应堆系统设计技术重点实验室成都610213

为有效重构三维管道内液体的温度场和流速场,提出了一种超声飞渡时间计算表征,并基于此求解温度场和流速场反演模型。同时考虑温度梯度导致的声线弯曲效应,采用正四面体前向展开法,追踪超声弯曲路径;开展“华龙一号”反应堆主管道冷却... 详细信息

为有效重构三维管道内液体的温度场和流速场,提出了一种超声飞渡时间计算表征,并基于此求解温度场和流速场反演模型。同时考虑温度梯度导致的声线弯曲效应,采用正四面体前向展开法,追踪超声弯曲路径;开展“华龙一号”反应堆主管道冷却剂温度场和流速场重构实验。实验结果表明,所提方法能有效重构管道冷却剂温度场和流速场,且考虑弯曲效应能进一步提高重构精度。

关键词：声学层析成像耦合场温度场重构流速场重构弯曲效应

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