[发明专利]一种超声波测量温度场的重建方法

权利要求书

1.一种超声波测量温度场的重建方法，其特征在于：通过修正系数和声射线最大斜率对声波传播时间计算方程进行修正，考虑实际测量环境利用阿贝尔变换进行温度场重建；β为修正系数，y′_max为超声信号传播路径的最大斜率，Y_max为测量区域的最大范围，分别通过以下表达式给出：

D_opa＝A，

其中，t(x)为从声射线起点x_A到终点x_B声信号的传播时间，T(r)为轴对称分布的物理场，γ为比热比，R为理想气体常数，a为与测量阵列对应的温度场径向声速向量，A为与测量阵列对应的传播时间向量，Δr为阵列间距，i为y轴方向与测量阵列对应的标号，j为与测量阵列数量对应的半径方向标号，

r_j＝jΔr,y_i＝iΔr,A_i＝A(y_i),

其中，修正系数β的确定：

通过对同一温度场T(r)，利用式(1)及变分法计算沿不同声射线的传播时间，获得不同测量位置的测量结果；利用式(1)不同β值以及式(2)进行重建计算，即利用式(2)求得a，进一步得到T(r)，选取重建精度最高所对应的β值；

其中，声射线最大斜率的确定：

声射线最大斜率为超声信号传播路径的最大斜率，由声射线起点位置y₀、终点位置y₁、超声发射器与接收器距离x计算得到，其形式为：

发射器与接收器沿y轴对称放置；点(x₀,y₀)与点(x₁,y₁)为声射线L的起点与终点坐标，虚线圆表示待测温度场对应的轴对称温度场T的范围：

其中T_max表示上述单峰温度场的峰值温度，s表示温度场的形状，其值越小，表示单峰温度场越“胖”，温度梯度越小；值越大，表示温度梯度越大，单峰温度场越“瘦”。

2.根据权利要求1所述的一种超声波测量温度场的重建方法，其特征在于：声射线在经过温度场后发生偏折；由于温度场为轴对称分布且超声发射器和接收器关于温度场对称布置，声射线起止点位置关于温度场对称，导致声射线起止点二阶导数相等；得到声射线起止点处微分方程：

其中y′₀,y′₁分别为声射线起止点一阶导数；由于温度场边缘温度变化小，声射线平缓，在声射线起止点处人认为其二阶导数相等，即y″₀＝y″₁，根据收发器对称布置有-x₀＝x₁，声射线出射时为平行x轴出射，有y′₀＝0，得到：

为简化形式，令：

式(6)简化为：

构造函数：

则f(φ)＝0的解也为式(7)的解，为声射线最大斜率的计算式；将：

带入(8)得：

当上式(10)为零时，φ＝(y₀-y₁)/x₀为精确解。

3.根据权利要求2所述的一种超声波测量温度场的重建方法，其特征在于：令θ₁为声射线起点与原点连线和x轴夹角，θ₂为声射线终点和x轴的夹角；有如下关系：

由于s为温度场形状，而θ₁与θ₂很小，使得很小，忽略不计，于是式(10)简化为：

4.根据权利要求1所述的一种超声波测量温度场的重建方法，其特征在于：修正系数β为0.65。