固体结构内部温度的超声测量

施 超，胡 斌,2，梁晓瑜

(1.中国计量大学 计量测试工程学院，浙江 杭州 310018；2.中国特种设备检测研究院，北京 100029)

固体结构内部温度的超声测量

施 超1，胡 斌1,2，梁晓瑜1

(1.中国计量大学 计量测试工程学院，浙江 杭州 310018；2.中国特种设备检测研究院，北京 100029)

针对固体结构内部温度测量的工程需求，比较了目前工业中应用较多的热电偶测温法、光纤光栅测温法、中子共振谱法和超声测温技术，发现超声测温技术具有非接触式测量、测温范围广、响应速度快等特点而更适用于固体结构内部温度的测量.调研了超声测温技术的发展历史与国内外现状，重点对超声温度场重建方法进行了介绍与分析，发现现有的重建方法主要是针对一维温度场的而且都存在参数获取困难的局限性，导致重建方法的适用性较差并且重建精度较低.综述了超声测温技术在火灾损伤、医疗卫生、核力发电、冶炼制造等领域中的应用，讨论了超声测温技术在测温机理、声时测量算法和时间测量分辨率等方面存在的技术问题，总结了超声测温技术在今后发展中的重点研究方向并提出了展望.

固体结构内部测温；超声测温技术；温度场重建

固体结构内部温度监测是结构安全运行和健康监测的重要组成部分，固体结构内部温度的测量与控制在国防军事、机械制造、金属冶炼、火灾防治和电力系统等领域都有广泛的应用背景和强烈需求[1-2].冶炼行业中，由于燃烧工况不合理在高温炉内造成不均匀燃烧、火焰偏移和火焰刷墙等现象，导致炉膛结焦、灭火、爆炸等事故[3]；航空行业中，航天器机身结构在高速飞行时，受到外部冲击载荷和摩擦高温的影响，导致机身结构破损、爆炸等事故[4]；电力系统中，线圈绕组内部温度异常引起过热燃烧、电路短路等事故[5]，而且，此类设施通常处于热冲击、物理冲击、电离辐射、高压、物理和化学腐蚀等恶劣环境，因此，对于固体结构内部温度进行有效的检测和评估显得尤为重要.

对于固体结构内部测温的方法可以分为接触式测温和非接触式测温两大类.接触式测温法主要有：热电偶测温法、光纤光栅测温法等，而非接触式测温法主要有：中子共振谱法、超声测温技术等.本文根据上述几种方法的特点，分别从方法的测温原理、研究状态、应用场合等方面进行了概述，其中，重点介绍了超声测温技术的测温机理、工程应用和技术问题，并总结了超声测温技术今后的重点发展方向.

1 结构内部测温方法及技术分析

1.1 热电偶测温法

热电偶测温法作为传统的测温方法，具有操作简单、测量精度高、测温范围广等优点，已被广泛应用于大型桥梁、房屋建筑和冶炼燃烧炉等结构内部温度测量中[6-7]，而且能实现-200～+1 600 ℃的连续温度测量，一些特殊的热电偶甚至可测+2 800 ℃的高温.但其侵入式的安装方式不仅会影响内部温度场的分布，而且在传感器安装区域容易出现应力集中的现象，破坏结构的稳定性，进而加大了结构内部温度监控系统的设计难度[8]；逐点的测温方式也仅能实现对点区域的温度测量，无法良好地评估结构内部整体温度场；对于高温、高压、强腐蚀等恶劣环境，传感器还容易出现腐蚀失效、温度漂移、严重热损等问题，导致测温精度变低，难以实现结构内部温度场的实时在线监测.

1.2 光纤光栅测温法

光纤光栅测温法是基于光纤材料的光敏特性来实现测温，目前已经能成功应用于复合材料固化的温度监控、大型电力设备绕组的内部温度监控和结构健康监测等工业领域中[9-10]，具有体积小、质量轻、抗腐蚀性能强、能分布式测量等优点，易于埋在系统结构内部而不影响结构的稳定性.其分布式的安装方式也能实现对固体结构内部整体温度场连续且实时的安全测量，具有良好的优越性和发展潜力[11].但是，由于其本身传感器的价格比较昂贵、测温时需要的校正时间较长、温度的响应灵敏度较低等原因的影响，导致其在实际应用中受到了较大的限制.其中，图1是光纤光栅测温法具体的结构原理图.

图1 光纤光栅结构原理图Figure 1 Fiber bragg grating structure schematic diagram

1.3 中子共振谱法

中子共振谱法是利用当中子穿过物体时，会形成透射谱，通过研究透射谱中共振形状的多普勒展宽来进行温度评估与测量.理论上，中子共振谱法具有测温的无上限性，对测温材料也几乎没有限制，而且非接触式的测量方式能够实现测量一些以往方法难以获取的温度数据，是一种非常理想的结构内部测温方法[12-13]. Los Alamos实验室[14]即利用中子共振谱法实现了对经历冲击波后样品的瞬时温度、爆轰外溅的金属碎片温度并针对高速摩擦界面温度的测量，为动态载荷系统状态方程的研究、武器设计等领域作出了重大贡献.但由于方法需要的高强度白光中子源十分有限，致使中子共振谱法的发展缓慢，难以满足工业应用需求.

1.4 小 结

上述三种方法虽然都能实现对固体结构内部的温度进行测量，但是都存在较大的局限性，或是需要接触式测量破坏结构稳定性或是测温条件欠缺而不易推广.而近年来发展迅速的超声测温技术不仅能实现非接触式测量，而且具有响应速度快、不受辐射影响、没有温度漂移、测温范围大、灵敏度高等特点，更加适合于结固体构内部温度的测量.

2 超声测温技术研究概述

2.1 研究历史与现状

声学测温技术始于1687年，由牛顿发现了声速与介质温度之间存在的相关性.一般在气体或液体介质中，超声声速与温度呈正相关，而在固体介质中，呈负相关.在20世纪六七十年代，美国L. C. Lynnworth、S. C. Wilkins和英国J. F. W. Bell等科学先驱对声学理论和测温方法等进行了研究，完善和推进了声学测温技术的发展[15].其中，美内华达大学的John A. Kleppe教授完善了声学测温在高温测量中的基本理论并且构建了测温系统的基本框架，奠定了声学测温的理论基础.

21世纪初，超声测温技术得到迅猛发展，国外已有相应的产品，如美国SEI公司的Boiler Watch及英国COEDL公司的PyroSonicII，等等.而且对于超声测温技术的研究已较为深入，已成功实现了在高温锅炉、核反应堆、飞机结构高温热源等结构内部温度的测量.针对高温测量，所设计的超声测温系统的测量分辨率已达±1 ℃[16-17].

而国内对于超声测温技术的认知是在20世纪90年代才开始的，研究的时间短，尚处于初步阶段.超声测温技术的研究对象主要为高温气和液体，如东北大学邵富群研究小组[18]，对高温炉膛内声源信号、温度重建算法和弯曲路径补偿算法进行了研究，提出了相关的修正算法；华北电力大学的王立军、田亮、叶艳等人[19]研究了风速对超声信号的影响，实现了30～90 ℃热风的温度测量，测量误差为±0.8 ℃；浙江工业大学的张祝军、杭州电子科技大学的蔡勇、樊炜等人[20]对海底热液温度场进行了初步研究，实现了对54 ℃热水的温度测量，最大误差仅3.2 K.

整体上，国内在技术上相比于国外还存在较大的差距，国外研制的超声测温系统已走上了产品化和商业化的道路.而国内大多为理论研究和实验验证，还难以应用于工业实际生产中.然而，在固体结构内部测温方面，国内外都存在测温精度差、测温机理不完善等问题，对于超声测温技术的研究还有待深入.

2.2 超声测温机理研究

超声测温技术是基于超声波在介质中传播时，超声声速与介质温度之间存在一定的相关性.如图2，结构在底面受到均匀热流的作用.假设超声传播路径已知，即结构厚度L，被检结构的材料为各向同性且温度分布均匀，则超声波传过此结构时渡越时间与温度之间的关系如下[21]:

(1)

其中：ttof为超声脉冲回波的渡越时间，s；L为材料结构厚度，m；T为固体结构内部的温度，K；v(T)是超声声速与温度的关系，m/s，与材料性能和温度相关，则结构所受温度的线性函数为

v(T)=mT+n.

(2)

其中，m和n为常数，一般通过标定实验确定.

对于固体结构内部温度场的重建方法，主要可以分为三类：解析法、反演法和有限差分法.

图2 超声测温技术结构内部测温原理图Figure 2 Priciple diagram of the ultrasonic temperature measuring technology for structure internal temperature

2.2.1 温度场解析重建算法

无内热源的一维热传导方程可以表示为[22]

(3)

其中：t为结构加热时间，s；ρ为材料的密度，kg/m3；Cp为材料比热容，J/(kg·K)；k为热传导系数，W/(m·K).

初始条件，T(x,t)|t=0=T0=const，为均匀温度场，则方程(1)的基本解的表达式为

(4)

边界条件

T(x,t)|x=0=Tre，T(x,t)|x=L=Tleng，t>0.

(5)

其中：Tleng可由热电偶、红外测温等方式测量得到，K；加热端Tre未知，K.

设一维热传导方程的通用解为

(6)

其中：a，b为待求的参数.

式(6)中代入式(5)x=L的冷端边界条件可得

(7)

假设在t时刻，测得的超声波在结构中的渡越时间为tL，结合(2)、(3)和(7)可得

(8)

通过求解式(7)、(8)即可求解获得在t时刻的a、b值，则得到了结构内部的温度场分布T(x,t).

2.2.2 温度场反演重建算法

一维热传导方程可以表示为

(9)

其中，k(T)为材料的热传导系数，是与温度相关的函数，W/(m·K).

边界条件

T(x,t)|x=0=Tre，T(x,t)|x=L=Tleng，t>0.

(10)

初值条件

T(x,0)=T0，x∈[0,L].

(11)

超声波在结构内部传播过程的观测方程为

tm=tex+εm.

(12)

其中：tm为超声波在结构内部实测的传播时间，s；tex为超声波传播时间精确值，s；εm为测量超声时的测量误差，s.

热传导反问题，即变为材料性能参数和边界条件Tleng、Tre的问题.其中，Tleng可以由热电偶或者红外测温技术获取，而Tre则需要由观测方程(12)来辨识(式中，tex由数值模拟所得值tc代替).

目标函数

(13)

其中：Tre为待辨识的温度边界条件，K；Tc为ti时刻下结构内部温度，K；tc,i为ti时刻由数值模拟计算得到的超声波传播时间，s；tm,i为ti时刻实际测量得到的超声波传播时间，s;下标i为测量的时间序数；n为测量的采样点数.

根据上述辨识目标确定后，热传导问题即可归结为解析如下的非线性优化问题

MinJ(Tre)，

(14)

(15)

T(x,t)，t>0，x∈[0,L].

(16)

2.2.3 温度场有限差分重建法

结构中一维热传导方程可以给出

(17)

T为结构内部温度，K；t为加热开始后的时间，s；α是热扩散率系数，m2/s.

假设加热前，结构的表面存在一均匀温度Tn，在时间步n的时候，结构底面开始被加热.在n的时间步后非常短的时间n+1时刻时，结构内部上每个点的温度如下[23]：

(18)

r=ατ/h2.

(19)

(20)

利用公式(19)和公式(2)，则时间步为n+1的加热端温度可以给出

(21)

2.3 小 结

上述方法在原理上实质是对一维热传导方程和超声传播方程的解析，通过采用不同的解析方式来获取固体结构内部的热传导过程，进而实现重建固体结构内部不同时刻的温度状态.但方法在实际应用中存在一定的局限性：1)解析法重建结构内部温度时，需要获取结构的加热时间，而实际工程中结构已处于加热状态，加热时间难以获取；2)反演法中需要的理论超声传播时间采用了数值模拟的方式获取，但实际结构的加热情况复杂，数值模拟难以保证精度；3)有限差分法则需要获取结构内部的初始温度，与解析法存在的问题同样，此温度在实际工程中难以获取.虽然三种方法都存在一定的局限性，但为超声测温技术在固体结构内部温度测量中提出了新思路，奠定了理论基础.

3 超声测温技术应用

3.1 在火灾损伤的应用

由于火灾建筑结构在受到火灾高温影响后，其混凝土和钢筋结构的强度和变形能力严重劣化，导致结构逐渐丧失承载力，进而出现结构破裂、坍塌等事故，危及人员和财产安全.为减少火灾损失，合理地评价灾后建筑结构损伤程度，根据构件损伤程度不同做出相应的损伤评价，并提出经济可行且满足实际需求的修复方案，具有重要的现实意义和经济意义.超声测温法是测量结构内部温度曲线进而评价结构内部应力分布的理想方法，杨彦克、郑盛娥[24]利用超声法对受火损伤的混凝土构件进行了表面温度和中心温度评价，建立了温度分布函数并成功获取损伤混凝土结构内部的温度分布规律，根据最高温度估定了混凝土损伤的程度，为后续的加固保护工作提供了根据.

3.2 在医疗卫生的应用

超声聚焦加热法是一种治疗癌症的新方法，是基于超声波的无创性和无害性，通过超声聚焦对癌细胞进行加热，使其温度达到癌细胞的致死温度(约为42.5 ℃)，以实现杀死癌细胞而不损害正常组织的目的，由此对温度的监控显得尤为重要.周著黄、盛磊、吴薇薇等人[25]利用超声背向散射积分无损测温方法实现了对离体猪肝组织的温度测量，建立了背向散射积分与温度相关性模型，实现了常规热疗的无损测温，在热凝固区检测时具有一定优势.

3.3 在核力发电的应用

核电作为一种清洁、高效的新能源，是各国重点的发展能源，但是由于核辐射会严重危害到人类健康和社会安定，所以核反应堆的安全监测问题需要重点考虑，而核反应堆内部超高温度的实时在线监测，是反应堆正常运行的保证.针对核反应堆超高温的测量，Kil-Mo Koo，Dong-Gyu Jeong等人[26]利用超声测温技术研制了一套接触式的高温测量装置，成功实现了从室温到2 000 ℃范围内的温度测量，并且一定程度上证实了超声测温技术在反应堆安全试验中的实用性，特别是涉及极端高温或者存在温度梯度明显的测量情况.

图3 基于脉冲回波的超声测温计Figure 3 Ultrasonic thermometer using a pulse-echo method

3.4 在冶炼制造的应用

冶炼行业中，锅炉内部温度分布不仅是确定设备安全运行的重要状态参数，而且是调节风煤比、提高燃烧效率和提升产品品质的重要依据，同时实时的温度监测还能帮助优化脱硫与脱硝反应，减少污染源的排放.美国SEI公司通过声学测温技术研制了BOILER WATCH MMP-II-SSX的炉膛温度检测系统，可以实现非接触式的大型火力发电厂的锅炉内部温度场分布，能实现0～1 927 ℃温度测量且精度等级优于0.5%.

图4 BOILER WATCHMMP-II-SSX炉膛温度检测系统Figure 4 BOILER WATCHMMP-II-SSX furnace temperature detection system

3.5 其他方面应用

作为一种非侵入式的无损检测方法，超声测温法还可以应用于混凝土浇筑温度、大气层温度、海洋温度、海底熔融液温度、材料焊接温度、航天飞行器机身结构温度等的内部温度测量[27-28].Kathryn J. Dharmaraj，Chase D. Cox，Alvin M. Strauss等人[29]采用了超声测温技术成功测量了在焊接时铝材料内部的温度，并且发现当温度升高时，杨氏模量会随着温度的变化而变化，从而会影响到超声声速的传播，进而影响测温精度.

图5 搅拌摩擦点焊测温的传感器装置Figure 5 Setup of transducers to measure temperature of friction stir spot weld

3.6 小 结

超声测温技术已成功应用于火灾损伤、医疗卫生、核力发电、冶金制造、环境测温等领域中，并作为一种无损测温技术而被广泛关注.然而在实际应用中，超声测温技术应用还存在结构内部重建机理不完善、重建温度精度较低、超声换能器换能效率低、声时测量不精确等问题.根据上述问题，对超声测温技术在超声测温机理、超声换能器、声源信号的选择、时间测量分辨率、声时测量算法等这些方面进行了概述与分析.

4 超声结构内部测温技术存在问题

4.1 超声测温机理

超声测温机理是根据超声波在加热的气、液、固介质中传播时，通过测量超声波的渡越时间来计算声速，再根据超声声速与介质温度之间的相关性来进行温度测量.其中，超声声速与温度的关系的获取对于测温精度非常重要.对于固体介质而言，超声波纵波和横波声速方程可以得到：

(22)

(23)

其中：VL为超声波纵波，m/s；Vs为超声波横波，m/s；E为固体材料的杨氏模量，Pa；ρ为固体材料密度，kg/m3；σ为泊松比.

根据上述公式可知，杨氏模量、材料密度、泊松比都是影响超声声速的因素，而且材料的非均匀性、晶粒特性、热膨胀特性等也会导致超声声速的变化，可知影响超声声速的因素复杂繁多，致使超声测温机理的研究进程比较缓慢[30].至今，对于声速和温度之间还未有较为成熟的数学模型和相关算法.

而且对于超声温度场重建方法的测量模型而言，现有的模型主要针对一维温度场的重建，如：Ihara和Takahashi[31-32]利用有限差分法和反演算法构建了超声测量结构表面和内部的数学模型，给出了结构表面和内部的一维温度场分布；M.R.Myers[33]通过热传导模型和反演算法构建了超声测量结构热通量的数学模型，此模型考虑了由材料热膨胀、晶格刚度等材料属性引起的声速变化，初步实现了对结构热流量的测量；魏东[34]通过研究解析法和反演法,准确重建了结构内部的均匀温度场分布，所提出的方法具有良好的抗噪性.

然而对于固体结构内部超声声速与温度之间的关系，都采用了实验标定的方法，无法在机理上解释热/声/固多场耦合特性和内部作用机制；实验所采用的温度也相对较低，仅为100 ℃左右，对于高温测量的研究涉及甚少，还未在机理上分析由高温导致的热应力、热膨胀等因素引起的超声测温精度问题；对于非均匀温度场的重建中，超声波传播路径都采用了线性路径，并未考虑到结构内部可能会存在的“弯曲路径”现象[35]，以致影响了温度场重建精度；重建方法都为一维温度场重建，对于二维/三维方面结构内部温度场的重建方法还未有涉及.由此可知，超声测温技术在固体结构内部温度场测量方面的理论研究还有待深化.

4.2 超声换能器

超声换能器是用于激发和接收超声波脉冲信号的传感器，超声换能器的技术性能将直接影响到激发的超声波信号质量与信号接收的效果，进而影响到超声波传播时间的测量精度.其中，超声换能器根据激发原理一般可以分为压电式超声换能器、电磁式超声换能器和激光超声脉冲发生/接收器三种，具体的介绍与分析见表1.

表1 超声换能器的介绍和分析Table 1 Introduction and analysis of the ultrasonic transducer

根据上表分析发现，对于结构内部温度非接触式测量方法的实现，则电磁超声换能器和激光超声脉冲发生/接收器的研究是今后超声结构内部非接触式测温的重点研究方向，其中，主要的研究方向是对超声信号信噪比的提高、换能器结构参数的优化和超声换能效率的提升等等.

4.3 声源信号选择

超声声源信号作为超声渡越时间的测量源，选取合适的声源信号也可以有效地提高测温精度，尤其是对声源信号频率的选择.当声源信号采用频率过高时，超声信号会出现严重衰减的现象，导致测量的深度过浅，无法度量整体结构；而当采用频率过低时，则容易受到超声衍射引起的回声噪声的影响，导致系统的抗噪性变差，声时测量精度降低.根据文献调研，Ihara等人[21,36]在超声测温实验针对铝、钢结构式样中采用了2 MHz和5 MHz的超声波纵波；Kathryn J. Dharmaraj等人[29]采用了4 MHz的超声波纵波研究了摩擦电焊中超声测温技术的应用，可知在固体结构内部测温中，超声信号的频率一般选取为2～5 MHz之间，但对于具体的信号频率选择、声源信号的激发方式、激发信号的类型等因素对超声测温技术在结构内部的应用研究甚少，所以为提高结构内部测温精度，有必要对声源信号进行研究.

4.4 时间测量分辨率

在固体结构内部测温中，时间测量分辨率对于测温精度至关重要.由图6可知，超声波在500 ℃的钢材中，声波纵波波速为5 604 m/s，横波波速为2 676 m/s.当温度变化1 ℃时，超声波纵波的传播时间仅变化了0.02 μs，横波为0.08 μs.上述分析可知，对于实现高精度和高分辨率的温度测量，则需要超声声时纳秒级甚至更高的测量分辨率，则对于硬件方面的A/D采样频率需达到1 GHz甚至更高，所以为实现温度的准确测量对硬件电路设计的研究也至关重要.

图6 钢中声速与温度的关系[36]Figure 6 Relationship between acoustic velocity and temperature in steel

4.5 声时测量算法

声时测量算法是超声渡越时间精确测量的核心.渡越时间的测量实质上是测量超声波信号从激发到反射回换能器的时间延迟t，如图7.但由于声时测量时，容易受到背景噪声干扰，则需要有效的声时测量算法来识别和确定结构内部的渡越时间.

图7 超声脉冲回波延迟信号Figure 7 Ultrasonic pulse echo signal delay

现有的声时测量算法主要有互相关延迟法、软件细分算法、过零点检测法、电子技术法等.张兴红、邱磊、何涛等人[37]提出的软件细分法在理论上能实现渡越时间分辨率低于1 ns的测量；金松日、唐祯安、陈毅等人[38]设计了一种提高过零点检测精度的测量原理和高信噪比的过零点选择比较电路，实现了10 ns级的测量；续颖[39]提出的快速互相关与抽样率变换相结合的超声渡越时间估计法，用抽样率变换减少等效采样率，得到的声波波动较小，稳定性较好.但是上述方法主要应用于液体和气体的温度或者固体结构中的应力测量中超声声时的获取，未针对结构内部温度测量方面的声时获取，所以还需要研究上述几种方法与结构内部温度中超声声时的测量的契合度或者提出一种新型的超声声时测量算法.

5 总结与展望

超声测温技术作为一种新兴的测温技术，融合了声学、信号处理、热工计量、仪器仪表等多个学科，具有响应速度快、测量范围大、可非接触测温等优点，在固体结构内部测温方面更具优势.其中，在高温测量方面，超声测温技术已成功实现了工业高温炉内高温气、核电核反应堆内熔融液等的高温测量.在低温测量方面，基于超声测温技术研制的声学温度计则已被认作为2～20 K温度范围内的基准计温方法[40].但由于超声测温技术的研究时间较短，测温机理的比较复杂，导致在固体结构内部温度上的测量还存在诸多问题需要解决.

1)超声波在存在温度载荷固体中的传播机理.温度对于固体中超声波传播的影响，可以表征为材料的杨氏模量、密度、泊松比与温度之间的关系，而上述三种参数与温度的本构关系尚未建立，致使无法在理论上获取固体结构内部超声声速与温度的函数关系，从而无法在机理上解释热/声/固多场耦合特性和内部作用机制，致使超声测温技术的测温精度难以提高.

2)固体结构内部超声温度场重建方法.现有的重建方法主要针对为一维温度场的重建，实现的重建温度一般为100 ℃左右，对于高温情况下结构中出现的热应力、热膨胀等现象对超声测温精度的影响少有研究，导致重建方法的适用性较差，而无法应用于实际工程中.而且由于材料的非均匀性、瞬态热边界、弯曲效应等因素的影响，使得固体结构内部二维/三维温度场重建的研究十分复杂，研究进度缓慢.

3)高精度超声测温系统.现有的超声测温系统主要应用于实验室研究中，存在如系统采样频率较低、超声声时测量误差较大等问题，导致测温系统实时响应能力差，而无法满足工业实际应用中实时监控结构内部温度状态的需求.

但随着科学技术的进步，超声测温技术必将朝着多元化、系统化和多技术融合的方向发展，在不久的将来会在提升工业安全、提高工业生产效率和提升人们健康水平上发挥越来越重要的作用.

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Ultrasound measurement of the internal temperature of solid structures

SHI Chao1, HU Bin2, LIANG Xiaoyu1

(1.College of Metrology and Measurement Engineering, China Jiliang University, Hangzhou 310018, China；2.China Special Equipment Inspection and Research Institute, Beijing 100029, China)

Aiming at the engineering requirements of the internal temperature measurement of solid structures, we compared the thermocouple thermometry, the fiber Bragg grating temperature measurement technology, the neutron resonance spectrum method and the ultrasonic thermometry. Ultrasonic thermometry is more suitable for the internal temperature measurement of solid structures because of the characteristics of its non-contact measurement, wide temperature range, fast response. The development history and the current situation of ultrasonic temperature measurement technology in China and overseas were investigated. The reconstruction method of ultrasonic temperature fields was introduced and analyzed. The available reconstruction methods were mainly aimed at one-dimensional temperature fields and had limitations in parameter acquisition, which led to poor applicability and low reconstruction precision. The applications of ultrasonic thermometry in fire damage, medical heath, nuclear power generation and smelting manufacturing were reviewed. The technical problems of the ultrasonic temperature measurement technology such as temperature measurement mechanism, ultrasonic sound measurement algorithm and time measurement resolution were discussed. Finally, this paper summarized the key research directions of the ultrasonic temperature measurement technology in the future.

internal temperature measurement of solid structures; ultrasonic thermometry; temperature field reconstruction

2096-2835(2016)04-0355-11

10.3969/j.issn.2096-2835.2016.04.001

2016-08-12 《中国计量大学学报》网址：zgjl.cbpt.cnki.net

国家自然科学基金资助项目(No.11402285).

TK311

A