基于声学传感器的炉膛温度场与炉管泄漏在线检测系统与泄露点定位方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于声学传感器的炉膛温度场与炉管泄漏在线检测系统与泄露点定位方法，其中，检测系统包括声波发射器、声波传感器、声波导管、前置放大器、滤波器、电磁阀切换模块、数据采集模块和主控单元，且声波传感器S1～S8在同一水平面，声波发射器与声波传感器S1～S8相对应，主控单元控制不同位置的声波发射器依次发射声波，并由数据采集模块对不同路径上的声波传感器信号进行多点采样，并运用广义互相关法对采样信号进行运算，依据温度场重建算法还原炉膛温度场，完成炉膛温度测量后，禁止滤波器，对声波传感器信号进行频谱分析，进行炉管泄漏判断，泄漏点的定位采用由9个声波传感器构成的双五元立体阵列泄漏定位方法实现。

【技术实现步骤摘要】
基于声学传感器的炉膛温度场与炉管泄漏在线检测系统与泄露点定位方法
本专利技术主要涉及电站锅炉炉膛温度测量
和炉管泄露定位
，特别融合了炉膛测温技术和炉管泄漏监测技术，并提出了一种平面双五元阵列泄漏定位方法，系统在测量电站锅炉炉膛温度的同时，可对炉管出现的泄露点进行检测、定位。
技术介绍
炉膛声学测温基本原理为：在锅炉四壁适当位置安装若干声波传感器和声波发射器，系统控制不同位置的声波发射器依次发射声波，通过数据采集模块采集路径上声波发射端和声波接收端声波传感器的信号，并通过时延估计方法获取声波在路径上传播时间，结合声速与温度的函数关系、声波传播路径长度等信息，求取路径平均温度。炉管泄漏监测基本原理为：利用锅炉四壁上安装的声波传感器接收炉管泄漏信号，当炉管发生泄漏时，管内高压气体从泄漏点喷射而出，产生高频信号。声波传感器采集炉膛内的声音信息，其输出信号经过前置放大器后，由数据采集单元对模拟信号进行采样转换，之后由系统对采样后的数字信号进行频谱分析，监测炉膛内的异常信号，判断是否发生泄漏，如果发生泄漏，经泄漏定位算法进行定位。目前，国内外针对电站燃煤锅炉分别进行了炉膛温度场重建本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于声学传感器的炉膛温度场与炉管泄漏在线检测系统，其特征在于，包括：声波发射器、声波传感器、声波导管、前置放大器、滤波器、电磁阀切换模块、数据采集模块和主控单元，其中，声波发射器为8个，声波传感器、声波导管均为9个，9个声波传感器分别安装在9个声波导管中，其中，8个声波传感器S1～S8位于锅炉四壁的同一水平面上且均匀分布，另一个声波传感器S0与所述8个声波传感器S1～S8不在同一水平面，所述声波导管均固定在锅炉炉膛四壁外侧，9个声波导管的一端均与炉膛内部连通，声波传感器S1～S8所在的声波导管的另一端一一对应连接至8个声波发射器，声波发射器由电磁阀控制发射声波，电磁阀的切换由主控单元控制电...

【技术特征摘要】
1.基于声学传感器的炉膛温度场与炉管泄漏在线检测系统，其特征在于，包括：声波发射器、声波传感器、声波导管、前置放大器、滤波器、电磁阀切换模块、数据采集模块和主控单元，其中，声波发射器为8个，声波传感器、声波导管均为9个，9个声波传感器分别安装在9个声波导管中，其中，8个声波传感器S1～S8位于锅炉四壁的同一水平面上且均匀分布，另一个声波传感器S0与所述8个声波传感器S1～S8不在同一水平面，所述声波导管均固定在锅炉炉膛四壁外侧，9个声波导管的一端均与炉膛内部连通，声波传感器S1～S8所在的声波导管的另一端一一对应连接至8个声波发射器，声波发射器由电磁阀控制发射声波，电磁阀的切换由主控单元控制电磁阀切换模块实现，声波传感器的输出信号依次经过前置放大器、滤波器处理后发送至数据采集模块，主控单元控制不同位置的声波发射器依次发射声波，并由数据采集模块对不同路径上的声波传感器信号进行多点采样，之后，运用广义互相关法对采样信号进行运算，求取声波飞行时间，结合路径长度，间接获取路径平均温度，依据温度场重建算法还原炉膛温度场，在完成炉膛内部所有路径的测量后，禁止滤波器，并通过声波传感器获取炉膛内部信号，对采样后的声波传感器信号进行频谱分析，若持续出现高于阈值频率的异常信号，则判定有炉管泄漏发生。2.基于声学传感器的炉膛温度场与炉管泄漏在线检测方法，其特征在于，利用权利要求1所述的基于声学传感器的炉膛温度场与炉管泄漏在线检测系统，其中，温度场的测量利用处于同一平面的8个声波发射器和声波传感器S1～S8获得，包括如下步骤：主控单元控制不同位置的声波发射器依次发声，声波传感器的输出信号依次经过放大器，滤波器处理后至数据采集模块，数据采集模块采集声波发射端声波传感器输出信号和声波接收端声波传感器的输出信号，对每条路径上的声波传感器信号进行多点采样求平均，之后，主控单元采用互相关算法对声波传感器信号进行运算处理，求取互相关函数的峰值，结合采样频率、互相关函数峰值的位置，获取此路径上的声波飞行时间，进而求得声波速度与传播介质的温度，其中，声波在炉膛内部的传播速度通过公式(1)求得：式中，c表示声波在介质中的传播速度，单位为m/s；γ表示炉膛烟气的绝热指数；R表示气体常数，单位为kJ/(mol·K)；M表示气体的摩尔质量，单位为g/mol；T表示介质的绝对温度，单位为K；之后，采用PHAT加权广义互相关法，并采用快速傅里叶变换处理采集的声波传感器信号，其表达式为：式中，FFT[·]表示快速傅里叶变换；IFFT[·]表示傅里叶逆变换；x1(n)表示声波发射端声波传感器输出信号；x2(n)表示声波接收端声波传感器输出信号；表示PHAT加权因子；接下来，通过广义互相关算法求得互相关函数，获取相关函数峰值的位置，路径上的声波飞行时间与路径平均温度通过公式(3)求得：式中，τ表示路径上声波飞行时间，单位为ms；k表示互相关函数峰值的位置；Fs表示采样频率，单位为kHz；d表示声波传播路径的长度，单...

【专利技术属性】
技术研发人员：田丰，张宏光，
申请(专利权)人：沈阳航空航天大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21