基于声波衰减的空间气体浓度分布重建-论文.pdf

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1、第35卷第1期仪器仪表学报V01．35No．12014年1月ChineseJournalofScientificInstrumentJan．2014基于声波衰减的空间气体浓度分布重建球刘岩，刘石，雷兢(华北电力大学新能源电力系统国家重点实验室北京102206)摘要：快速、准确地获取混合气体各组分浓度分布对于实现过程监测、确保系统的安全性、改善系统的效率等方面具有重要意义。基于声波在传播过程中的衰减，包括经典衰减和弛豫衰减，提了一种二维空间中多元混合气体浓度分布的重建方法，建立了气体浓度分别与声波传播时间及声强衰减之间的耦合模

2、型。在此基础上，提m了一种基于分裂Bregman迭代算法求解该问题。通过声波在几种常用混合气体传播衰减的实测数据，利用该方法实现了单路径混合体浓度的测量；在声波多路径测量方面，通过仿真实验对空间混合气体浓度分布进行了重建。实验测量及数值仿真结果表明，该方法能够较好地重建气体浓度分布，进而为空间混合气体浓度检测提供了一种新的测量方法。关键词：弛豫声衰减；浓度测量；声学层析成像中图分类号：TK31文献标识码：A国家标准学科分类代码：470．30Spatialgasmixtureconcentrationdistributionr

3、econstructionmethodbasedonacousticattenuationLiuYan，LiuShi，LeiJing(StateKeyLaboratoryofAlternateElectricalPowerSystemwithRenewableEnergySources，NorthChinaElectricPowerUniversity，Beijing102206，China)Abstract：Acquiringtheconcentrationdistributioninformationaccurately

4、andfastinamixedgassystemplaysacru—cialroleinprocessmonitoring，systemsecurityandimprovingthesystemeficiency．Basedontheattenuationsoftheacousticwave，includingtheclassicalandrelaxationattenuations，thispaperproposesthereconstructionmethodofthegasmixtureconcentrationdis

5、tributionin2-dimensionspacewiththeacoustictomography．Twocouplingmodelsareproposedtodescribetherelationshipsbetweenthegasconcentrationandtheacousticwavepropagationtime，theacousticstrengthattenuation，respectively．ThesplitBregmaniterationalgorithmisdevelopedtosolvethe

6、reconstruc-tionmodels．Withtheexperimenttesteddataoftheacousticattenuationforthreekindsofcommonlyusedgasmix·tures，theproposedmethodwasusedtoachievethemixedgasconcentrationmeasurementinthesingleacousticpath．Numericalsimulationswereimplementedtoreconstructthespatialmi

7、xedgasconcentrationdistributioninthemulti-pieacousticpaths．Theexperimenttestandnumericalsimulationresultsindicatethattheproposedmethodcanaccu—ratelyreconstructtheconcentrationdistributionsofthemixedgases，andprovidesaneficientnewmeasurementmeth-odfortheconcentration

8、distributionmeasurementofthespatialmixedgases．Keywords：acousticrelaxationattenuation；concentrationmeasurement；acoustictomography不同的应用领域，对气体浓度检测的灵