一种基于虚拟仪器的全自动声学法温度场监测系统

本发明涉及声学法温度场监测，具体为一种基于虚拟仪器的全自动声学法温度场监测系统。

背景技术：

1、声学法温度场监测技术是一种非接触式、全场和高精度的温度测量方法，可以应用于多种工业领域。随着科技的不断发展与进步，基于虚拟仪器的全自动声学法温度场监测系统逐渐成为研究热点和工业实践的重要手段，并且随着科技的不断进步和发展，基于虚拟仪器的全自动声学法温度场监测系统将会更加成熟和完善，其在实际应用中的优势将得到更广泛的认知和应用。同时，该系统的不断发展也将为工业生产和科学研究提供更加强有力的支持和保障，在过去，传统的声学法温度场监测技术往往需要进行手动操作和处理，存在操作人员技能水平和观察误差等问题，限制了其在实际应用中的广泛推广和使用，同时，现有的声学法温度场监测技术也面临着噪声干扰、数据处理困难和监测效率低等问题，为解决这些问题，基于虚拟仪器的全自动声学法温度场监测系统应运而生，所以，在此提出了一种基于虚拟仪器的全自动声学法温度场监测系统。

2、基于虚拟仪器的全自动声学法温度场监测系统用于基于虚拟仪器进行温度场的重建以及监测，但是在温度场重建采集数据的过程中需要同时顾及温度场细节重建以及噪声抑制，如果只强调温度场细节的重建而忽略了噪声抑制，可能导致重建结果受到噪声的干扰，进而使得最终的温度场结果不稳定和不可靠，只关注噪声抑制而忽视了温度场细节的重建，可能导致最终的温度场结果缺乏准确性和精细度。这样的系统无法提供对温度场变化的细致描述，限制了其在一些应用场景中的使用，所以，在此提出了一种基于虚拟仪器的全自动声学法温度场监测系统，通过对采集的信息进行信号滤波去噪以及温度场特征提取，系统可以降低或消除来自环境、设备和传感器本身的噪声干扰的同时通过提取温度场细节特征进行温度场重建，同时兼顾了温度场细节重建以及噪声抑制，增强了基于虚拟仪器的全自动声学法温度场监测系统的监测可靠性以及监测准确性。

技术实现思路

1、针对现有技术中无法同时兼顾温度场细节重建以及噪声抑制的不足，本发明提供了一种基于虚拟仪器的全自动声学法温度场监测系统，具备同时兼顾了温度场细节重建以及噪声抑制，增强监测可靠性以及监测准确性的优点。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于虚拟仪器的全自动声学法温度场监测系统，所述温度场监测模块包括；

3、用于基于虚拟仪器进行初步温度场模型建立的虚拟仪器模型建立；

4、用于进行传感器数据以及数量设置的传感器信息设置模块；

5、用于进行温度场构建所需的数据信息采集的温度场信息采集模块；

6、用于根据建立的温度场模型和定义的声源进行声波传播的模拟计算的声波模拟模块；

7、用于将声波模拟模块模拟计算的结果以及收集的数据进行信息导入的温度场信息导入；

8、用于基于声波模拟模块模拟计算的结果以及收集的数据进行温度场重建的温度场建立模块；

9、用于对重建的温度场进行监测的温度场监测模块。

10、所述虚拟仪器模型建立根据实际监测区域的几何形状和特征，使用虚拟仪器计算机辅助设计例如cad工具建立一个准确的温度场模型，该模型应包括温度场的几何形状、材料属性以及声波传播的物理参数等信息。

11、所述传感器信息设置模块根据虚拟仪器模型建立的虚拟模型结合监测需求进行选择设置虚拟传感器的位置和数量，确保能够有效捕捉到温度场的声音信号。

12、所述温度场信息采集模块基于传感器信息设置模块的需求，使用使用麦克风作为声音传感器，用于采集实际温度场中的声音信号，并通过麦克风将声音信号转换为电信号，然后通过放大、滤波和模数转换等处理，将声音信号转换为数字信号，便于后续处理和分析，在高温环境下进行温度场监测时，需要使用高温麦克风和耐高温传感器，以保障系统稳定性和可靠性。

13、所述声波模拟模块使用声学计算方法，模拟出声波在不同温度场下的传播情况，声学计算方法可以使用声学模拟软件，基于建立的温度场模型和定义的声源，进行声波传播的模拟计算，通过有限元法、有限差分法计算声波在温度场中的传播路径和声场分布，得到声波在不同温度场中的传播情况。

14、所述温度场信息导入中设置有温度场信息预处理以及温度场特征提取，所述温度场信息预处理负责对采集到的声音信号进行一系列的信号处理操作，使用滤波、降噪、放大、频谱分析等处理步骤减少噪音干扰、增强信号质量，所述温度场特征提取提取与温度场相关的特征参数，从温度场信息导入中处理完成后的声音信号中使用特征提取算法(时频分析方法)提取与温度场细节相关的特征参数。

15、所述温度场建立模块中使用了温度场重建算法，所述温度场建立模块使用温度场重建算法结合温度场特征提取提取到的特征参数进行温度场重建，温度场重建算法使用了正则化参数自适应选取以及反演算法结合构建温度场，正则化参数自适应选取可以根据实际数据和噪声水平进行动态调整，反演算法将声波信号的传播路径和时间作为输入，利用反演算法结合声波传播的特性和温度场的物理特性来推断温度场的分布情况，获得温度场的重建结果。

16、所述温度场监测模块基于温度场建立模块的温度场重建结果进行温度场温度场监测，温度场监测模块中设置有温度场分析可视化以及监测结果输出，所述温度场分析可视化通过绘制温度场图像、生成热力图实现对重建得到的温度场进行分析和可视化，直观地展现温度场的状况和变化趋势，同时通过监测结果输出通过图文报告的形式或者直接与其他控制系统或数据处理系统进行数据集成进行温度场的监测结果展示输出。

17、有益效果：

18、1、该基于虚拟仪器的全自动声学法温度场监测系统，通过使用时频分析方法提取温度场的细节数据，并结合反演算法，能够可以更好地解决温度场细节重建和噪声抑制问题，并且提高了温度场重建的精度和可靠性。

19、2、该基于虚拟仪器的全自动声学法温度场监测系统，通过使用滤波、降噪、放大、频谱分析处理步骤减少噪音干扰，能够有效降低噪声干扰，从而减少噪声对温度场重建的影响，更加真实地反映温度场的变化情况。

技术特征：

1.一种基于虚拟仪器的全自动声学法温度场监测系统，其特征在于：全自动声学法温度场监测模块包括；

2.根据权利要求1所述的一种基于虚拟仪器的全自动声学法温度场监测系统，其特征在于：所述虚拟仪器模型建立(1)根据实际监测区域的几何形状和特征，使用虚拟仪器(计算机辅助设计例如cad)工具建立一个准确的温度场模型，该模型应包括温度场的几何形状、材料属性以及声波传播的物理参数等信息。

3.根据权利要求1所述的一种基于虚拟仪器的全自动声学法温度场监测系统，其特征在于：所述传感器信息设置模块(2)根据虚拟仪器模型建立(1)的虚拟模型结合监测需求进行选择设置虚拟传感器的位置和数量，确保能够有效捕捉到温度场的声音信号。

4.根据权利要求1所述的一种基于虚拟仪器的全自动声学法温度场监测系统，其特征在于：所述温度场信息采集模块(3)基于传感器信息设置模块(2)的需求，使用使用麦克风作为声音传感器，用于采集实际温度场中的声音信号，并通过麦克风将声音信号转换为电信号，然后通过放大、滤波和模数转换等处理，将声音信号转换为数字信号，便于后续处理和分析，在高温环境下进行温度场监测时，需要使用高温麦克风和耐高温传感器，以保障系统稳定性和可靠性。

5.根据权利要求1所述的一种基于虚拟仪器的全自动声学法温度场监测系统，其特征在于：所述声波模拟模块(4)使用声学计算方法，模拟出声波在不同温度场下的传播情况，声学计算方法可以使用声学模拟软件，基于建立的温度场模型和定义的声源，进行声波传播的模拟计算，通过有限元法、有限差分法计算声波在温度场中的传播路径和声场分布，得到声波在不同温度场中的传播情况。

6.根据权利要求1所述的一种基于虚拟仪器的全自动声学法温度场监测系统，其特征在于：所述温度场信息导入(5)中设置有温度场信息预处理(8)以及温度场特征提取(9)，所述温度场信息预处理(8)负责对采集到的声音信号进行一系列的信号处理操作，使用滤波、降噪、放大、频谱分析等处理步骤减少噪音干扰、增强信号质量，所述温度场特征提取(9)提取与温度场相关的特征参数，从温度场信息导入(5)中处理完成后的声音信号中使用特征提取算法(时频分析方法)提取与温度场细节相关的特征参数。

7.根据权利要求1所述的一种基于虚拟仪器的全自动声学法温度场监测系统，其特征在于：所述温度场建立模块(6)中使用了温度场重建算法(10)，所述温度场建立模块(6)使用温度场重建算法(10)结合温度场特征提取(9)提取到的特征参数进行温度场重建，温度场重建算法(10)使用了正则化参数自适应选取以及反演算法结合构建温度场，正则化参数自适应选取可以根据实际数据和噪声水平进行动态调整，反演算法将声波信号的传播路径和时间作为输入，利用反演算法结合声波传播的特性和温度场的物理特性来推断温度场的分布情况，获得温度场的重建结果。

8.根据权利要求1所述的一种基于虚拟仪器的全自动声学法温度场监测系统，其特征在于：所述温度场监测模块(7)基于温度场建立模块(6)的温度场重建结果进行温度场温度场监测，温度场监测模块(7)中设置有温度场分析可视化(11)以及监测结果输出(12)，所述温度场分析可视化(11)通过绘制温度场图像、生成热力图实现对重建得到的温度场进行分析和可视化，直观地展现温度场的状况和变化趋势，同时通过监测结果输出(12)通过图文报告的形式或者直接与其他控制系统或数据处理系统进行数据集成进行温度场的监测结果展示输出。

技术总结
本发明涉及声学法温度场监测技术领域，且公开了一种基于虚拟仪器的全自动声学法温度场监测系统，所述温度场监测模块包括用于基于虚拟仪器进行初步温度场模型建立的虚拟仪器模型建立，用于进行传感器数据以及数量设置的传感器信息设置模块，用于进行温度场构建所需的数据信息采集的温度场信息采集模块，用于根据建立的温度场模型和定义的声源进行声波传播的模拟计算的声波模拟模块，用于将声波模拟模块模拟计算的结果以及收集的数据进行信息导入的温度场信息导入，用于基于声波模拟模块模拟计算的结果以及收集的数据进行温度场重建的温度场建立模块，用于对重建的温度场进行监测的温度场监测模块。

技术研发人员：王善辉,律德财,丁英丽,史纯阳,贾莉娜,才勇智,颜华
受保护的技术使用者：辽宁科技学院
技术研发日：
技术公布日：2024/2/25