一种锅炉声波测温系统和方法技术方案

本发明专利技术公开了一种准确的测试锅炉内的温度的锅炉声波测温系统和方法，声波测温系统，包括：工控机、功率放大器、声波发射器和声波接收器，工控机内设置数据采集卡、信号发生卡和处理机，主要利用PCI插槽插相接，声波发射器布置于炉墙观火孔处，声波接收器接收布置在另几面炉强上。本发明专利技术可以选择最优的声波测温信号，降低背景噪声频段对声波测温信号的干扰，进而更加准确的测量出声波测温信号飞渡时间，从而得到准确的测试锅炉内的温度。

A boiler sonic temperature measurement system and method

【技术实现步骤摘要】
一种锅炉声波测温系统和方法
本专利技术属于声学测温领域，尤其涉及一种锅炉声波测温系统和方法。
技术介绍
在大型火力发电厂的燃煤锅炉中，温度场的分布是确定设备状态的重要参数之一，因此炉内火焰温度场的分布对于锅炉控制和燃烧诊断具有重要的意义，它直接影响到煤粉的着火、燃尽以及锅炉的经济性和安全性，同时影响到污染物的排放量。炉内温度场的分布能反映炉内燃烧运行情况，为运行人员的操作提供可靠依据，并为热工控制的自动化装置提供炉内温度信号。如果能准确还原炉内温度场的分布，就可以及时判断炉内火焰的燃烧情况，并进行调节与控制，实现燃烧的优化。常用的炉膛燃烧火焰温度测量方法可分为接触式和非接触式两种。接触式测量法作为传统的测温技术，因为受限于受热元件材料的耐高温性能，只能进行短时间测量，并且现场操作量大，无法实现实时在线监测。且其测量结果为各测量点的温度，而并非是我们所关心的整个炉内温度场，可见该种方法并不适用于炉内高温和磨蚀性很强的恶劣环境。非接触测量法包括光学法和声学法等，它具有响应速度快，灵敏度高，分辨率强，能够较好地实现对高温、微小、旋转、高速移动和腐蚀性较强等不可接触目标的温度测量。声学测温法作为一种基于声波理论的锅炉燃烧在线监测的新型温度测量技术，不受外部条件的影响，适应各种高温、腐蚀、多尘的恶劣环境，能够给出整个炉膛温度场的各部分准确的温度数据，能够对炉膛温度场进行连续测量，具有测量精度高、测量范围广、实时监测和远程控制等诸多优点。然而火电厂锅炉在实际运行的过程中，炉内发生着剧烈的物理化学反应，充满了流体动力型噪声和燃烧噪声，还有锅炉内不定时的吹灰，都会使炉内噪声的频率时刻发生变化。声学测温实验所采用的信号源声波频段一般都是预先设定好的，如果噪声频段与信号频段产生重叠，那么就难以测量出准确的声波飞渡时间，降低了测量温度场分布的准确性。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种能够选择更优的声波测温信号，降低背景噪声频段对声波测温信号的干扰，更加准确的测量出声波测温信号飞渡时间，从而得到准确的测试锅炉内的温度的锅炉声波测温系统和方法。为了解决以上问题，本专利技术提供以下技术方案：一种锅炉声波测温系统，其特征在于包括：工控机、功率放大器、声波发射器和声波接收器；所述工控机用于设置测温系统的控制程序参数，分析选择最优声波测温信号，产生声波测温信号，并计算出锅炉内温度；所述功率放大器用于将声波测温信号进行放大；所述声波发射器用于发出放大后的声波测温信号；所述声波接收器用于采集锅炉背景噪声和经过锅炉返回的声波测温信号；所述处理机用于根据采集的锅炉背景噪声分析选择最优声波测温信号，并根据经过锅炉发回的声波测温信号的飞渡时间，计算出锅炉内温度。所述工控机内设有数据采集卡、信号发生卡和处理机；所述数据采集卡用于设置测温系统的控制程序参数；所述信号发生卡用于产生声波测温信号；所述处理机用于根据采集的锅炉背景噪声分析选择最优声波测温信号，并根据经过锅炉发回的声波测温信号的飞渡时间，计算出锅炉内温度。一种锅炉声波测温方法，包括以下步骤：步骤1、设置声波测温系统的控制程序参数，启动声波测温系统；步骤2、采集锅炉背景噪声；步骤3、选择最优声波测温信号；步骤4、产生所述声波测温信号，所述声波测温信号经功率放大后发射到锅炉，经锅炉返回后采集分析得出所述声波测温信号的飞渡时间；步骤5、根据所述声波测温信号的飞渡时间，计算出锅炉内温度。所述步骤3选择最优声波测温信号采用包括以下步骤：步骤3.1、检测锅炉背景噪声，得到锅炉背景噪声数据，对锅炉背景噪声数据进行声学分析，得到声压幅值-频谱图，其中声压幅值采用负数形式表示幅值大小；步骤3.2、在所述声压幅值-频谱图中寻找最大声压幅值并将该最大声压幅值的1.8倍值对应频率定义为临界频率，定义小于临界频率的频率范围为锅炉背景噪声的主要噪声频段，定义大于临界频率的频率范围为锅炉背景噪声的次要噪声频段；步骤3.3、判断次要噪声频段中是否存在声压幅值在α以上的突发噪声；步骤3.4、当次要噪声频段对应的声压幅值大于α时，则判定次要噪声频段中存在突发噪声并定义所述突发噪声对应的频段为突发噪声频段，在所述突发噪声频段对应的声压幅值中寻找最大声压幅值，并将该最大声压幅值对应频率定义为寻优起始频率，将所述寻优起始频率作为寻优频率范围的起始值，将所述寻优起始频率与所述临界频率的和值作为寻优频率范围的终止值，执行步骤六；步骤3.5、当次要噪声频段对应的声压幅值小于α时，则判定次要噪声频段中不存在所述突发噪声，将500～1000Hz的频率区间作为寻优频率范围，执行步骤六；步骤3.6、利用粒子群寻优算法在所述寻优频率范围对应的声压幅值中寻找最低声压幅值并将该最低声压幅值对应频率作为声波测温信号的起始频率，以临界频率值的4～5倍值作为所述声波测温信号的频宽。所述步骤3.4中α为-60～-100dB。所述步骤3.1中的锅炉背景噪声包括燃烧噪声和流体动力噪声。与现有技术相比，本专利技术可以选择最优的声波测温信号，降低背景噪声频段对声波测温信号的干扰，进而更加准确的测量出声波测温信号飞渡时间，从而得到准确的测试锅炉内的温度。附图说明图1是本专利技术选择最优声波测温信号的流程示意图。图2是本专利技术实施例的声压幅值-频谱图。图3是未进行择优时接收信号历程图。图4是进行择优后接收信号历程图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例，对本专利技术做详细说明。首先介绍锅炉温度检测的声波测温系统，其包括：工控机、功率放大器、声波发射器和声波接收器，工控机内设置数据采集卡、信号发生卡和处理机，主要利用PCI插槽插相接，声波发射器布置于炉墙观火孔处，声波接收器接收布置在另几面炉强上。由于锅炉内存在背景噪声，在启动声波测温系统来测试锅炉内温度之前，需要选择好最优频段的声波作为声波测温信号，以减少背景噪声对声波测温信号的干扰。为了选择声波测温信号，具体方法如以下步骤：步骤一、检测锅炉背景噪声，其包括，燃烧噪声和流体动力噪声，得到锅炉背景噪声数据，对锅炉背景噪声数据进行声学分析，得到声压幅值-频谱图，其中声压幅值采用负数形式表示幅值大小，如图2所示；步骤二、在所述声压幅值-频谱图中寻找最大声压幅值并将该最大声压幅值的1.5～2倍值对应频率定义为临界频率，定义小于临界频率的频率范围为锅炉背景噪声的主要噪声频段，定义大于临界频率的频率范围为锅炉背景噪声的次要噪声频段；步骤三、将声压幅值在-60dB以上的锅炉背景噪声确定为突发噪声，判断次要噪声频段中是否存在突发噪声；步骤四、当次要噪声频段对应的声压幅值大于-60dB时，则判定次要噪声频段中存在所述突发噪声并定义所述突发噪声对应的频段为突发噪声频段，在所述突发噪声频段对应的声压幅值中寻找最大声压幅值，并将该最大声压幅值对应频率定义为寻优起始频率，将所述寻优起始频率作为寻优频率范围的起始值，将所述寻优起始频率与所述临界频率的和值作为寻优频率范围的终止值，执行步骤六；步骤五、当次要噪声频段对应的声压幅值小于-60dB时，则判定次要噪声频段中不存在所述突发噪声，将500～1000Hz的频率区间作为寻优频率范围，执行步骤六；步骤六、利用粒子群寻优算法在所述寻优频率范围对应的声压幅值中寻找最低声压幅值并将该最低声压幅值对应频率作为所述声波测本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锅炉声波测温系统，其特征在于包括：工控机、功率放大器、声波发射器和声波接收器；所述工控机用于设置测温系统的控制程序参数，分析选择最优声波测温信号，产生声波测温信号，并计算出锅炉内温度；所述功率放大器用于将声波测温信号进行放大；所述声波发射器用于发出放大后的声波测温信号；所述声波接收器用于采集锅炉背景噪声和经过锅炉返回的声波测温信号；所述处理机用于根据采集的锅炉背景噪声分析选择最优声波测温信号，并根据经过锅炉发回的声波测温信号的飞渡时间，计算出锅炉内温度。

【技术特征摘要】
1.一种锅炉声波测温系统，其特征在于包括：工控机、功率放大器、声波发射器和声波接收器；所述工控机用于设置测温系统的控制程序参数，分析选择最优声波测温信号，产生声波测温信号，并计算出锅炉内温度；所述功率放大器用于将声波测温信号进行放大；所述声波发射器用于发出放大后的声波测温信号；所述声波接收器用于采集锅炉背景噪声和经过锅炉返回的声波测温信号；所述处理机用于根据采集的锅炉背景噪声分析选择最优声波测温信号，并根据经过锅炉发回的声波测温信号的飞渡时间，计算出锅炉内温度。2.根据权利要求1所述的声波测温系统，其特征在于：所述工控机内设有数据采集卡、信号发生卡和处理机；所述数据采集卡用于设置测温系统的控制程序参数；所述信号发生卡用于产生声波测温信号；所述处理机用于根据采集的锅炉背景噪声分析选择最优声波测温信号，并根据经过锅炉发回的声波测温信号的飞渡时间，计算出锅炉内温度。3.一种锅炉声波测温方法，其特征在于包括以下步骤：步骤1、设置声波测温系统的控制程序参数，启动声波测温系统；步骤2、采集锅炉背景噪声；步骤3、选择最优声波测温信号；步骤4、产生所述声波测温信号，所述声波测温信号经功率放大后发射到锅炉，经锅炉返回后采集分析得出所述声波测温信号的飞渡时间；步骤5、根据所述声波测温信号的飞渡时间，计算出锅炉内温度。4.根据权利要求2所述的锅炉声波测温方法，其特征在于：所述步骤3选择最优声波测温信号采用包括以下步骤：步骤3.1、检测锅炉背景噪声，得到锅炉背景噪声数据，...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵东晓，
申请(专利权)人：中国石化扬子石油化工有限公司，中国石油化工股份有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32