最新进展！无源声学测温助力5200米高空气温实时监测
来源：奥音贝科技
发布时间：2025-4-15
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准确测量高原地区和高海拔地区的大气温度变化对天气预报和气象研究至关重要，有助于了解大气结构、评估气候模型和预测气象现象。
然而在高海拔温度测量领域，空气稀薄，光学非接触式温度测量方法或电子温度传感器都需要先与环境达到热平衡，导致数据滞后。
声学测温是一种快速的非接触式温度测量技术，能够避免传统电子温度计在接触测量时对被测物体温度的影响，也无需建立热平衡即可直接测量空气温度，可以实时反映空气温度。
传统的声学法测温方法在长期温度监测过程中依赖精密的声学设备和持续的声源激励，这些设备增加了温度测量的复杂性和维护成本，并且容易受到环境噪声干扰导致信噪比下降。
为了克服上述技术的缺点，近期，Yue Yan等人提出了无源声学测温技术，利用环境白噪声而非外部声源来测量大气温度，可实现对最高5200米高空的大气温度进行实时监测，具有非接触、测量准确、响应迅速的优点。其研究成果[1]发表在声学领域权威期刊《The Journal of the Acoustical Society of America》中，并作为期刊的封面。
期刊封面图
在文章中，研究人员提出了一种温度测量装置—声学法布里-珀罗谐振器（AFPR），AFPR由驻极体电容传声器和声波导组成，利用环境白噪声，在装置里产生声学共振，然后通过检测不同阶次的谐振频率，推算出空气温度。这其中的关键在于，谐振频率和模式阶数之间存在着线性关系，通过这条隐藏的 “线索”，可以得到空气温度。
另外，考虑到实际环境的复杂性，在实际测量时进行误差补偿和频率响应优化，提高测量准确度。
（a）AFPR模型图 （b）通过有限元模拟的AFPR频率响应曲线
为了验证上述装置性能，研究人员分别用其在实验室、地面和高空测量空气温度。在实验室中测量时，通过 B&K 声学系统验证 AFPR 的多阶谐振特性，线性拟合斜率与温度正相关（R>0.999）。在消声室中，AFPR 对温度变化的响应时间比红外测温仪快 20 秒。
在北京和喀什高原地表测量温度，持续监测结果与电子温度计平均偏差 < 0.8℃，喀什高原昼夜温差达 30℃，AFPR 可准确反映温度变化趋势。
进行高空测量时，用系留气球[2]搭载 AFPR 在喀什高原（海拔 3700m）和横店（海拔 120m）进行升降测试，最大监测高度 5200m，测量结果显示，在高空环境噪声≥35dB 时仍能稳定测量，与气球内部温度计平均偏差 < 0.5℃。
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