基于声学技术的空冷岛翅片管束温度测量装置及其方法制造方法及图纸

技术编号:19213172 阅读:134 留言:0更新日期:2018-10-20 05:53
一种基于声学技术的空冷岛翅片管束温度测量装置及其方法,包括空心管道、声波导管、声波发生器、声波传感器、信号调理器、功率放大器、接线盒、输入/输出设备、工控机;其中空心管道表面开有小孔,空心管道内介质通过经过小孔的空气流动与翅片管束周围温度相平衡;声波发生器通过声波导管安装在空心管道上,声波传感器沿空心管道根据精度要求间隔一定距离依次布置,从而形成多段声波路径;声波发生器先后发出固定频率的声波,声波信号经过传感器、信号调理器、接线盒、输入/输出设备传递给工控机;工控机将接收到的信号进行计算和分析,得出测量结果。

【技术实现步骤摘要】
基于声学技术的空冷岛翅片管束温度测量装置及其方法
本专利技术属于温度测量
,尤其涉及一种基于声学技术的空冷岛翅片管束温度场测量装置及其方法。
技术介绍
空冷是指利用空气冷却电站汽轮机乏汽的一种冷却方式。为适应我国部分地区水资源不充裕的特点,火力发电中的空冷机组得到了较快的发展。但在其运行过程中,特别是在冬季低温环境下,由于冷凝蒸汽流量太小或者冷却空气流动不均匀等情况,容易造成翅片管束局部结冰的问题,影响凝气设备的正常运行,进而降低机组发电效率和经济效益。现有技术一般通过测量凝结水联箱内的凝结水温度和抽真空温度来对空冷岛进行监测,或将测温电缆按一定规律布置于翅片管束的内测侧与外侧,根据测量点的温度变化完成对空冷岛的监测,但这些手段均不能完整地反映翅片管束内的温度场情况,也无法有效预防翅片管束局部冻结的问题。
技术实现思路
针对上述提到的目前空冷岛翅片管束温度场测量的不足,本专利技术提出一种基于声学技术的空冷岛翅片管束温度场测量装置及其方法。本专利技术一方面提出一种基于声学技术的空冷岛翅片管束温度场测量装置,包括:空心管道、声波导管、声波发生器、声波传感器、功率放大器、信号调理器、接线盒、输入/输出设备、工控机,其特征在于:所述声波导管一端安装在所述空心管道上,另一端和所述声波发生器连接;沿所述空心管道间隔一定距离依次布置第1—n个声波传感器M1-n;其中n=1,2,3,…,N,从而形成多段声波路径;所述声波发生器先后发出固定频率的声波信号,所述声波传感器将接收到的声波信号传递给所述信号调理器,通过所述输入/输出设备传递给所述工控机;所述工控机将接收到的声波信号进行计算和分析,并经过整理得到空冷岛翅片管束温度场信息。进一步,声波传感器M1-n根据翅片管束布置结构和测量精度要求确定安装的数量,其中n为正整数。进一步,空心管道表面开有小孔,内介质通过经过小孔的空气流动与翅片管束周围温度相平衡。本专利技术另一方面提供一种基于声学技术的空冷岛翅片管束温度场测量方法,包括:1)以声波传感器不失真地接收到声波信号为前提在空冷岛翅片管束上布置本专利技术提出的一种基于声学技术的空冷岛翅片管束温度场测量装置对空冷岛翅片管束温度场进行重建;2)声波发生器产生伪随机信号中的m序列声波信号;3)计算声波信号在两个声波传感器之间的飞渡时间τ:对于两个声波传感器接收到的声波信号的时延值,采用时延估计算法得到不同时间声波信号形成的互相关函数达到最大峰值所对应的时间延迟,即为声波信号在两个声波传感器之间的飞渡时间τ;4)计算两个传感器之间气体介质的平均温度t:相邻两个传感器之间的距离为L,翅片管束内气体介质的气体常数为Z。进一步,采用时延估计算法得到不同时间声波信号形成的互相关函数达到最大峰值所对应的时间延迟为:假设某两个声波传感器接收到的声波信号的数字模型如下:式中:x1(n)、x2(n)分别为声波传感器1和2接收到的声波信号函数;s(n)为声源信号函数;w1(n)和w2(n)分别为2个声波传感器接收到的高斯白噪声函数;D为2个声波传感器之间的相对时间延迟;α为声波相对衰减系数;假设s(n)、w1(n)和w2(n)为互不相关的平稳随机过程,则x1(n)和x2(n)的二次相关函数为:上述式子可转换为:RRR(τ)=αRRs(τ-D)令α=1,则RRR(τ)=RRs(τ-D)为信号s(n)的二次相关函数,由相关函数性质可知,R(τ-D)≤R(0),当τ=D时,RRR(τ)取得最大值,计算两声波传感器收到的信号的互相关函数求出峰值出现的时刻,则该时刻就是对应的时间延迟D。更进一步,通过二次相关PHAT-β算法来得到时间延迟,具体为通过求相邻两个声波传感器得到的信号的自相关函数和互相关函数之间的互功率谱,并在频域内给予一定的加权,来对声波信号和背景噪声进行白化处理,增强信号中信噪比比较高的频率成分,从而抑制噪声的影响,再将结果通过傅里叶逆变换到时域,得到两信号之间的广义互相关函数,其表达式为:式中:ψ12(ω)为广义互相关加权函数,为以及之间的互功率谱;权函数本专利技术的有益效果为:非接触式测量,可应用于高温、复杂的环境;安装方便简单,不影响原有系统的正常运行,设备成本较低;可以根据翅片管束尺寸和测量精度要求调整传感器数量,测量精度高,灵敏性好;能够及时整体反馈翅片管束温度场变化情况,便于调节和控制。附图说明图1为本专利技术的空冷岛翅片管束温度场测量装置的声波发生器和声波传感器布置图;图2为本专利技术的信号处理流程图;图3为本专利技术的信号m序列制取原理;图4为本专利技术的测量路径平面示意图;图5为本专利技术的PHAT-β算法的计算流程。具体实施方式本专利技术提出一种基于声学技术的空冷岛翅片管束温度场测量装置及其方法,下面根据附图对本专利技术作进一步详细说明。如图1所示为本专利技术的空冷岛翅片管束温度场测量装置的声波发生器和传感器布置图。该空冷岛翅片管束温度场测量装置,包括空心管道4、声波导管2、声波发生器1、声波传感器3、功率放大器、信号调理器、接线盒、输入/输出设备、工控机;其中空心管道4表面开有小孔5,空心管道4内介质通过经过小孔的空气流动与翅片管束周围温度相平衡;声波导管2一端安装在空心管道4上,另一端和声波发生器1连接;沿空心管道4间隔一定距离依次布置第1—n个声波传感器M1-n;其中n=1,2,3,…,N,n为正整数,从而形成多段声波路径;根据翅片管束布置结构和测量精度要求确定声波传感器M1-n安装的数量。测量精度主要受信号调理器的采样频率以及声波传感器布置间隔距离影响。当采样频率为102400、两声波传感器距离为0.2m时,工控机上显示的温度将以10℃左右阶跃变化,即例如实际温度为20℃时,工控机显示温度为20℃;实际温度为25℃时,显示温度还是20℃;但实际温度升为30℃时,显示温度则才变为30℃。当两声波传感器距离为1m时,工控机显示的温度将以2℃左右阶跃变化,精度上升。同型号的空冷岛其翅片管束长度也不尽相同。例如需要测量长度为5m的管束,我们采用声波传感器间隔1m的布置方式,则安装6个声波传感器。声波发生装置先后发出固定频率的声波信号,声波传感器将接收到的信号传递给信号调理器,通过输入/输出装备传递给工控机;工控机将接收到的信号进行计算和分析,并经过整理得到温度场信息。该装置在测量翅片管束温度场信息时,位于翅片管束上方,靠近翅片管束但不碰触。如图2所示,声波传感器M1-n的输出与信号调理器连接,信号调理器通过接线盒、输入/输出设备与工控机连接,声波发生器与功率放大器连接,功率放大器通过接线盒、输入/输出设备与工控机连接。工控机发出的声波信号转换成模拟信号后,通过功率放大器放大输出至声波发生器,声波发生器发射出声波信号,声波传感器接收到声波信号后通过信号调理器、接线盒和输入/输出设备将采集到的数据传输到工控机内,工控机利用LabVIEW对采集的数据进行分析和处理得到声波飞渡时间,从而计算得到温度场信息。声波发生装置和声波传感器的布置应根据翅片管束结构和以声波传感器能够不失真地接收到声波信号为前提,从而准确地对温度场进行重建。当声波传感器距离声源过远时,由于混响现象,声波传感器采集到的信号会失真而导致测量结果错位;运用A/D转换,数值滤波技术,快速傅里叶变换和阿达玛本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于声学技术的空冷岛翅片管束温度场测量装置,包括:空心管道、声波导管、声波发生器、声波传感器、功率放大器、信号调理器、接线盒、输入/输出设备、工控机,其特征在于:所述声波导管一端安装在所述空心管道上,另一端和所述声波发生器连接;沿所述空心管道间隔一定距离依次布置第1—n个声波传感器M1‑n;其中n=1,2,3,…,N,从而形成多段声波路径;所述声波发生器先后发出固定频率的声波信号,所述声波传感器将接收到的声波信号传递给所述信号调理器,通过所述输入/输出设备传递给所述工控机;所述工控机将接收到的声波信号进行计算和分析,并经过整理得到空冷岛翅片管束温度场信息。

【技术特征摘要】
1.一种基于声学技术的空冷岛翅片管束温度场测量装置,包括:空心管道、声波导管、声波发生器、声波传感器、功率放大器、信号调理器、接线盒、输入/输出设备、工控机,其特征在于:所述声波导管一端安装在所述空心管道上,另一端和所述声波发生器连接;沿所述空心管道间隔一定距离依次布置第1—n个声波传感器M1-n;其中n=1,2,3,…,N,从而形成多段声波路径;所述声波发生器先后发出固定频率的声波信号,所述声波传感器将接收到的声波信号传递给所述信号调理器,通过所述输入/输出设备传递给所述工控机;所述工控机将接收到的声波信号进行计算和分析,并经过整理得到空冷岛翅片管束温度场信息。2.根据权利要求1所述的一种基于声学技术的空冷岛翅片管束温度场测量装置,其特征在于,所述声波传感器M1-n根据翅片管束布置结构和测量精度要求确定安装的数量,其中n为正整数。3.根据权利要求1所述的一种基于声学技术的空冷岛翅片管束温度场测量装置,其特征在于,所述空心管道表面开有小孔,内介质通过经过小孔的空气流动与翅片管束周围温度相平衡。4.一种基于声学技术的空冷岛翅片管束温度场测量方法,包括:1)以声波传感器不失真地接收到声波信号为前提在空冷岛翅片管束上布置如权利要求1或2所述的一种基于声学技术的空冷岛翅片管束温度场测量装置对空冷岛翅片管束温度场进行重建;2)声波发生器产生伪随机信号中的m序列声波信号;3)计算声波信号在两个声波传感器之间的飞渡时间τ:对于两个声波传感器接收到的声波信号的时延值,采用时延估计算法得到不同时间声波信号形成的互相关函数达到最大峰值所对应的时间延迟,即为声波信号在两个声波传感器之间的飞渡时间τ;4...

【专利技术属性】
技术研发人员:张世平暨勇策沈国清安连锁
申请(专利权)人:华北电力大学
类型:发明
国别省市:北京,11

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