生物质作为一种清洁能源正在受到广泛应用。生物质燃料储存中容易发生自加热现象,发现不及时就会导致自燃,引起火灾。因此需要对其内部温度进行连续监测。现有接触式测温传感器如热电偶容易由于周围生物质压力而被移动、变形甚至断裂,无法对自燃可能发生的高温区域提供可靠的指示。非接触式测温技术如红外热成像只能提供表面温度分布。因此亟需研究一种新的能够非侵入式测量堆积生物质内部温度的方法。声学测温技术具有非侵入式测量的优点,结合层析成像技术还可以获得二维温度分布。目前声学测温的研究主要集中在空气、火焰和湖水的温度测量,与这些介质相比,声波在堆积生物质内的传播路径弯曲和声速频散现象导致声速难以测量,但这方面研究相对较少。由于低频声波能够通过堆积生物质内空气间隙传播,因此本文主要研究基于低频声波的堆积生物质温度测量。论文的主要工作和创新点如下:(1)为了综合考虑空气温度、相对湿度、大气压和空气组分对声速的影响,提出了一种通过空气密度来计算声速的方法。利用提出的公式研究了空气相对湿度、大气压和空气组分对声学测温结果的影响并给出了相应的解决方案。(2)为了使用低频声波测量堆积生物质温度,需要验证基于低频声波的空气温度测量的可行性。现有方法直接将声学传感器间距离当作声波路径长度并且忽略系统固有时延差,导致测温精度有待提高,因此提出了一种基于低频声波的空气温度测量方法,通过参照温度试验获得不同温度下的声波渡越时间并代入校准方程,使用最小二乘法估计出等效声波路径长度和系统时延差,提高了声速测量精度。实验结果表明提出的方法可以实现对空气温度的准确测量。(3)提出了一种基于低频声波结合互相关运算技术的堆积生物质温度测量方法。基于声波在多孔介质内的传播理论,建立与声波传播路径上生物质相同温度下的自由场声速和声波渡越时间之间的模型。根据该模型定义一个特征因子由测量的声波渡越时间反推自由场声速,特征因子的初始值常温下通过实验标定得出,解决了声波传播路径弯曲和声波频散现象导致的声速测量问题。通过分析生物质温度对特征因子的影响提出一个关于特征因子的循环更新过程,测温中根据特征因子和生物质温度间的实验关系对特征因子进行更新。实验结果表明提出的声学法可以用来非侵入式的测量堆积生物质的温度。(4)为了选择合适的声源信号,比较了使用常见的声源包括扫频、自噪声、最大长度序列和指数衰减正弦脉冲时的互相关结果,同时研究扫频信号的类型、频带和长度的选择,实验结果表明采用长度为0.1 s、频带在200 Hz～500 Hz的线性扫频信号作为声源,结合互相关技术可以测得声波在堆积生物质内的渡越时间。为了保证声学传感器接收声波的信噪比,通过实验观察生物质的吸声特性,计算不同声学传感器间距下对声源的功率要求。(5)测温中定义的特征因子需要根据它和生物质温度间的关系进行更新,当生物质特性如种类、颗粒大小和密度以及堆积密度改变时,特征因子和生物质温度间的关系是否需要重新通过实验标定值得研究。因此利用Miki提出的经验公式建立特征因子和生物质特性之间的关系模型,从理论上分析生物质特性对特征因子和生物质温度间关系的影响。使用搭建的声学测温系统测量四种常见堆积生物质包括木块、木质颗粒、木屑和小麦秸秆的温度。通过实验分别研究四种类型生物质的堆积密度对特征因子和生物质温度间的实验关系的影响。实验结果表明提出的声学测温系统能够测量常见的堆积生物质材料的温度。对于小麦秸秆可以使用线性多项式拟合其特征因子和生物质温度之间的实验关系曲线,线性公式的一阶系数即特征因子关于生物质温度的更新系数。特征因子的更新系数和小麦秸秆的堆积密度有一个线性关系。因此可以通过测量小麦秸秆的堆积密度推导测温所需特征因子的更新系数,有助于减少实验标定工作。