炉膛火焰温度场是对炉膛火焰监测和控制的最直接参数。为了维护锅炉运行的安全和稳定，必须对锅炉的燃烧过程进行自动控制，在自动控制过程中，需要选取一些能够及时响应燃烧过程热物理参数变化的量来反映设备运行的状况，而炉膛燃烧火焰温度场直接体现了燃烧过程的稳定性，所以为实现对燃烧过程的自动控制，首先必须对炉膛火焰温度场进行准确测量，通过对燃烧火焰温度场的测量，可及时掌握火焰的燃烧状态，为燃烧优化运行提供保证。但由于炉膛火焰燃烧过程自身具有瞬态变化、随机湍流、设备尺寸庞大、环境恶劣等特征，给实际锅炉炉膛火焰温度场的在线测量带来困难。目前还没有建立非常有效的大型锅炉炉膛火焰温度场可视化测量手段，因此寻求更为准确，可靠的锅炉炉膛火焰检测技术。 本文研究了基于声波传感器并结合图像重建技术的燃煤锅炉炉膛温度场图像重建方法，对该方法中的一些难点和关键问题，进行了深入的理论分析及研究，主要完成了以下工作： 1.归纳总结了燃煤锅炉炉膛火焰温度场检测技术的研究应用现状、难点和发展趋势。从声学法燃煤锅炉炉膛温度场图像重建系统构成、技术特点、应用研究现状、必须解决的关键技术问题、发展前景展望等对该技术进行了综合评述。 2.对最小二乘法温度场图像重建算法和傅立叶正则化温度场图像重建算法进行了理论分析和仿真与实验研究，结果表明两种算法温度场图像重建精度除受声波传播时间测量精度和传感器位置分布影响之外，最小二乘法温度场图像重建算法温度场重建结果受测量区域小区域划分方法、小区域数量、炉壁温度测量精度等的影响较大，傅立叶正则算法受先验知识矩阵及正则化参数影响较大，温度场图像重建结果存在一定的边缘效应。 3.研究了由于温度梯度变化所产生的声波路径“弯曲效应”对温度场图像重建的影响，通过仿真和实验在矩形温度场测量区域上实现了声波路径“弯曲”的补偿和温度场图像重建。通过仿真比较了各种温度场情况下，声波路径“弯曲”补偿前后温度场图像重建效果，结果表明对单峰对称温度场，声波路径“弯曲”补偿前后的最大误差，均方根误差分别为34k、17k，1.99％、1.61％；对单峰偏斜温度场，声波路径“弯曲”补偿前后的最大误差，均方根误差分别为55k、38k，2.62％、1.57％；对双峰偏斜温度场，声波路径“弯曲”补偿前后的最大误差，均方根误差分别为40k、40k，4.34％、3.67％。当温度梯度变化较大时，通过对声波路径“弯曲”的补偿，可在一定程度上提高温度场图像的重建精度。 4.提出一种基于高斯函数与正则化方法的温度场图像重建算法，充分考虑火焰先验知识在温度场图像重建中的作用，通过在温度场图像重建中加入火焰先验知识，实现被测温度场的较高精度重建。通过仿真考察了该算法对不同温度分布函数的重建效果，结果表明该算法比高斯函数温度场重建算法具有较高精度而重建速度相近。 5.提出基于正则化方法与迭代技术的温度场图像重建算法。对单峰温度分布，迭代前后温度场图像重建结果的均方根误差分别为3.8％和3.7％；对单峰偏斜温度分布迭代前后温度场图像重建结果的均方根误差分别为2.1％和1.9％，对双峰温度分布，迭代前后温度场图像重建结果的均方根误差分别为4.1％和4.0％。该算法仅进行一次优化迭代，使温度场图像重建质量有一定的提高，而温度场图像重建速度与傅立叶正则化算法温度场图像重建速度相近。该算法温度场重建质量优于其它算法，可望用于燃煤锅炉炉膛二维温度场图像的重建。 6.设计一套温度场图像重建实验系统。利用该实验系统和上述研究结果对室温温度分布及燃烧火焰温度场进行了重建实验，实现了室温温度分布和燃烧火焰温度场图像的重建，验证了所研究算法对实际被测温度场的重建能力，比较了各种算法的温度场重建性能。