Monitoring of Thermal Environment in Space Using Acoustic Probe

利用声探头监测空间热环境

基本信息

  • 批准号:
    10650402
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 2.05万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    日本
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
  • 财政年份:
    1998
  • 资助国家:
    日本
  • 起止时间:
    1998 至 1999
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

The propagation velocity of sound is often used to measure temperature. The sound probe has the advantage of non-contact sensing and quick response. By combining a sound probe with computerized tomography (CT) and data interpolation, an image of temperature distribution through space can be reconstructed. We have proposed methods for measuring the mean temperature and the temperature distribution in two-dimensional space using an acoustic CT (A-CT) method with a very small number of acoustic transducers. This monitoring system can be set up easily and can monitor the atmosphere any time. This system has the advantage that it can be used in such applications as indoor environment evaluation, air conditioning, and energy conservation.As a result of the foundational research over two years, next facts were proven. The thermometry using the sound probe confirmed being suitable for environmental monitoring of large-scale space of several thousand mィイD12ィエD1, life space of several mィイD12ィエD1 … More and enclosed space of several cmィイD12ィエD1. This study can also contribute to environmental problem such as the dioxin prevention. Outlines of achieved research result are as follows.(1) Temperature Measurement Using Sound Probe and its Measurement Error ィイD11,2)ィエD1A burst of sound created by the computer is connected to a transmitter via the digital-to-analog (D-A) converter, and the received signal is applied to the computer via the analog-to-digital (A-D) converter. The time of flight of the sound is measured from the correlation in time between the created burst signal data and the measured signal. The time resolution is exactly 4 μs because the sampling frequency was exactly 250 kHz. Using a short base line, the measurement of mean temperature was possible at the accuracy of 0.5゜C or less.(2) Measurement of Temperature Distribution in Rectangular Space ィイD13)ィエD1The measured object is a rectangular space of size 4,020 mm (D) × 4,200 mm (W) partitioned into a 3 × 3 grid, with 9 unit cells. By arranging a certain geometrical property of the sound propagation path, we can formulate an expression for the temperature distribution as a matrix function of the sound velocity. Twelve transducers are installed in contact with the four walls. We create a temperature gradient throughout the room using an electrical heat source. Experimental reconstruction results of the room temperature distribution were in agreement with the distributions estimated from the temperature profiles of the heat sources.(3) Measurement of Temperature Distribution in Circular Space ィイD14)ィエD1The measured object is a circular space with a radius of 1,480mm. Sixteen transducers are installed on the circular stage. Without a mechanical motion, projection data for the reconstruction is acquired by electronic scanning. We reconstruct the temperature distribution by interpolation from a small number of data set. Electrical heaters create a temperature gradient in space. The temperature profile is measured by 19 thermocouples and used for a computer simulation. Experimentally reconstructed images are in agreement with the simulated images.(4) Space Thermometry Using Delay Line Oscillator ィイD15)ィエD1Acoustic thermometry in space using a double-delay line oscillator is described. The delay line oscillator is one of the important components in the sensor systems. In this study, an adverse effect of a discontinuous oscillation was solved with the adoption of the acoustic technique, which uses multiple oscillators. An experimental result at 40 kHz shows that the error of measured room temperature is 1.5%, in a room of size 4,020 mm (D) × 4,200 mm (W) × 3,550 (H), with air conditioning. The acoustic thermometry proposed in this study has advantages over conventional methods, for such applications as atmospheric monitoring and air conditioning. Less
声音的传播速度常被用来测量温度。该声探头具有非接触传感和快速响应的优点。通过将声探头与计算机断层扫描(CT)和数据插值相结合,可以重建空间温度分布的图像。我们已经提出了用于测量平均温度和温度分布在二维空间中使用的声学CT(A-CT)方法与非常少量的声学换能器。该监测系统可以很容易地设置,并可以随时监测大气。该系统的优点是可以应用于室内环境评价、空调、节能等领域。经过两年多的基础研究,证明了以下事实。使用声探头的测温证实适用于数千m × 12 m × 12 m × 1的大型空间环境监测,适用于数千m × 12 m × 12 m × 1的生活空间环境监测 ...更多信息 和几厘米厚的封闭空间。本研究对二恶英等环境问题的防治也有一定的参考价值。取得的研究成果概要如下。(1)使用声探头测量温度及其测量误差分析D11,2)声探头D1计算机产生的一串声音通过数模(D-A)转换器连接到发射机,接收到的信号通过模数(A-D)转换器输入计算机。根据所创建的突发信号数据与所测量的信号之间的时间相关性来测量声音的飞行时间。由于采样频率正好为250 kHz,因此时间分辨率正好为4 μs。使用短基线,平均温度的测量可以达到0.5摄氏度或更低的精度。(2)矩形空间内温度分布的测量方法D13)温度分布D1测量对象是尺寸为4,020 mm(D)× 4,200 mm(W)的矩形空间,被划分为3 × 3网格,具有9个单元格。通过安排声音传播路径的特定几何性质,我们可以将温度分布的表达式公式化为声速的矩阵函数。十二个传感器与四个壁接触安装。我们用电热源在整个房间里创造一个温度梯度。室内温度分布的实验重建结果与从热源温度分布估计的分布一致。(3)圆形空间内温度分布的测量D14)D1被测物体为半径为1, 480 mm的圆形空间。圆形载物台上安装了16个换能器。在没有机械运动的情况下,通过电子扫描采集用于重建的投影数据。我们从少量的数据集插值重建温度分布。电加热器在空间中产生温度梯度。通过19个热电偶测量温度分布,并用于计算机模拟。实验重建图像与模拟图像一致。(4)利用延迟线振荡器进行空间测温D15)D1介绍了利用双延迟线振荡器进行空间声学测温的方法。延迟线振荡器是传感器系统中的重要元件之一。在这项研究中,一个不连续的振荡的不利影响,解决了通过声学技术,它使用多个振荡器。在40 kHz频率下,对4,020 mm(D)× 4,200 mm(W)× 3,550 mm(H)的空调房间进行了温度测量,测量误差为1.5%。在这项研究中提出的声学测温比传统的方法具有优势,如大气监测和空调的应用。少

项目成果

期刊论文数量(37)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
船越、水谷、永井、原川、横山: "超音波CT法を用いた少数データからの温度分布測定"平成11年秋季日本音響学会講演論文集. II. 1191-1192 (1999)
Funakoshi、Mizutani、Nagai、Harakawa、Yokoyama:“使用超声波 CT 方法测量少量数据的温度分布”1999 年秋季日本声学学会会议记录 II 1191-1192(1999 年)。
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    0
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石川、水谷、永井: "複合音響遅延線発振器を用いる空間温度測定"第20回超音波エレクトロニクスとその応用に関するシンポジウム講演論文集. 20. 229-230 (1999)
Ishikawa、Mizutani、Nagai:“使用复合声学延迟线振荡器进行空间温度测量”第 20 届超声波电子学及其应用研讨会论文集 20. 229-230 (1999)。
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    0
  • 作者:
  • 通讯作者:
水谷,永井,原川,船越,西崎,釜田: "音響波による空間温度分布の推定" 第37回計測自動制御学会学術講演会講演予稿集. 135-136 (1998)
Mizutani、Nagai、Harakawa、Funakoshi、Nishizaki、Kamata:“利用声波估计空间温度分布”第 37 届仪器与控制工程师学会学术会议记录 135-136 (1998)。
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    0
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船越,水谷,永井,原川: "伝搬方向に温度分布測定分解能を持つ音響波プローブ" 平成11年春季日本音響学会講演論文集. 1023-1024 (1999)
Funakoshi、Mizutani、Nagai、Harakawa:“传播方向上具有温度分布测量分辨率的声波探头”日本声学学会 1999 年春季会议记录 1023-1024 (1999)。
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    0
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井口,船越,水谷,永井: "音響ホログラフィ法を用いるコーン型スピーカーの振動位置同定" 平成11年春季日本音響学会講演論文集. 1091-1092 (1999)
Iguchi、Funakoshi、Mizutani、Nagai:“利用声全息法识别锥形扬声器的振动位置”日本声学学会 1999 年春季会议记录 1091-1092 (1999)。
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    MIZUTANI Koichi
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  • 通讯作者:
    MIZUTANI Koichi
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