【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及灰位测量领域，特别是涉及一种空心金属波导管内灰位测量系统及方法。
技术介绍
1、在燃煤电厂的运行中，飞灰含碳量作为锅炉运行的重要参数，准确实时地检测飞灰含碳量，对于调整锅炉燃烧、实现火力发电的灵活运行均有重要的价值。另一方面，煤在锅炉燃烧后形成的飞灰也是工业水泥的重要原材料，含碳量过高的飞灰无法用于工业水泥的生产。所以，准确测量飞灰含碳量对于电厂运行和飞灰利用有重大意义。
2、目前存在多种锅炉飞灰含碳量测量方法，主要分为物理测量和软测量方法两大类。物理测量主要包括烧失法、流化床co2法、双气氛热重分析法、微波法、光声效应法、质谱定量分析法、激光诱导击穿光谱法等。其中烧失法是指通过将锅炉飞灰放进流化床，进行灼烧，比较灼烧前后飞灰重量之差。流化床co2法是指向流化床燃烧室通入空气，通过测量燃烧后co2含量来判断飞灰中碳的含量。以上方法不受飞灰的浓度、煤质、飞灰颗粒大小影响，但由于检测时间长、无法满足在线测量等原因，通常作为实验室评判其他方法准确性的标准。
3、微波法有着测量速度快、精度高等优点。微波测碳法根据飞灰中金属氧化物、碳等化合物的介电性质在微波传输中对微波能量的吸收和微波相位的影响来判断飞灰中含碳量。其中飞灰中金属氧化物对微波的能量影响很小，可以认为微波能量衰减只与碳元素相关。微波测碳主要有自由空间传输法、波导法、自由空间反射法。使用自由空间传输法、自由空间反射法在烟道内直接测量飞灰浓度，会因为微波能量向各个方向逸散，而导致测量精度大大变差。波导法是通过将飞灰收集到波导内进行测量，没有微
4、飞灰浓度一直是飞灰含碳测量的重要影响，飞灰浓度越大，对微波能量的衰减越大。以往研究表明，当飞灰浓度、煤的种类不变时，飞灰含碳量与微波能量衰减存在函数关系。只有控制飞灰浓度不变时，才能讨论飞灰含碳量。传统灰位测量方法依托于矢量网络分析仪。由于传统意义上的矢量网络分析仪的功能依靠精密的硬件电路、精密的校准件实现，存在价格昂贵、维护成本高以及体积大等问题，而基于软件模块的矢量网络分析仪有着升级容易、体积小、价格便宜等优点。基于软件模块的矢量网络分析仪很适合在对精度要求不高的工业环境下使用。
5、综上，上述问题的存在很难满足锅炉运行时对飞灰灰位测量灵活性、准确性的要求。
技术实现思路
1、基于此，本专利技术实施例提供一种空心金属波导管内灰位测量系统及方法，以灵活、准确地实现锅炉运行时对飞灰灰位的测量。
2、为实现上述目的，本专利技术实施例提供了如下方案：
3、一种空心金属波导管内灰位测量系统，包括：板卡和电脑端；所述板卡包括：发送端口、信号调整电路、第一定向耦合器、第二定向耦合器、第一接收端口和第二接收端口；所述发送端口、所述信号调整电路、所述第一定向耦合器和所述第二定向耦合器依次连接；所述第一定向耦合器的耦合端与所述第一接收端口连接；所述第二定向耦合器的耦合端与所述第二接收端口连接；所述第二定向耦合器的输出端与目标空心金属波导管连接；所述电脑端包括：信号发射模块、信号接收模块、扫频模块、fft模块和灰位计算模块；
4、所述信号发射模块用于以设置频率通过所述发送端口向所述信号调整电路发送扫频信号；
5、所述扫频模块用于在设定频率范围内定时改变所述信号发射模块的设置频率；每个设置频率对应一个扫频点；
6、所述信号调整电路用于对所述扫频信号进行放大，得到扫频放大信号；
7、所述第一定向耦合器用于对所述扫频放大信号的功率进行分配，使所述第一定向耦合器的耦合端输出设定比例功率的信号；设定比例功率的信号用于与本振信号混频得到参考信号；
8、所述第二定向耦合器用于接收目标空心金属波导管的反射信号；所述反射信号用于与本振信号混频得到目标信号；
9、所述第一接收端口用于将所述参考信号发送至所述信号接收模块；
10、所述第二接收端口用于将所述目标信号发送至所述信号接收模块；
11、所述信号接收模块用于将所述参考信号和所述目标信号发送至所述fft模块；
12、所述fft模块用于对所述参考信号进行fft变换得到第一频域信号，对所述目标信号进行fft变换得到第二频域信号；
13、所述灰位计算模块用于根据所述第一频域信号和所述第二频域信号计算各个频率点的s11参数，根据各个频率点的设定误差系数对相应频率点的s11参数进行校准，并对校准后的s11参数进行时域变换后，计算所述目标空心金属波导管的灰位。
14、可选地，所述灰位计算模块，具体包括：数据相除模块和数据处理模块；
15、所述数据相除模块用于将各个频率点的第二频域信号与相应频率点的第二频域信号相除，得到各个频率点的s11参数；
16、所述数据处理模块用于根据各个频率点的设定误差系数对相应频率点的s11参数进行校准，对校准后的s11参数进行时域变换，得到时域数据，并确定所述时域数据的极大值及对应的时间，根据极大值对应的时间和微波在目标空心金属波导管中的传播速度计算所述目标空心金属波导管的灰位。
17、可选地，所述目标空心金属波导管的灰位的计算公式为：
18、
19、其中，h灰为目标空心金属波导管的灰位；h波为目标空心金属波导管中上下隔离片之间的距离；v波为微波在目标空心金属波导管中的传播速度；t3为极大值对应的时间；t1为目标空心金属波导管中上隔离片的反射时间。
20、可选地，所述数据处理模块在根据各个频率点的设定误差系数对相应频率点的s11参数进行校准方面之前，还用于：
21、根据设定数量的标准件的s11参数和标准件对应的实际反射系数求解不同频率点下的设定误差系数；所述设定误差系数包括：方向性误差、频率响应误差和源匹配误差。
22、可选地，所述信号调整电路包括：依次连接的第一倍频器、第一功率放大器、第二倍频器和第二功率放大器；
23、所述第一倍频器用于将对所述扫频信号进行两倍放大，得到两倍放大信号；
24、所述第一功率放大器用于对所述两倍放大信号的能量进行放大，得到能量放大信号；
25、所述第二倍频器用于对所述能量放大信号进行两倍放大，得到四倍放大信号；
26、所述第二功率放大器用于对所述四倍放大信号的能量进行放大，得到扫频放大信号。
27、可选地，所述板卡还包括：第一混频器和第二混频器；
28、所述第一定向耦合器的耦合端通过所述第一混频器与所述第一接收端口连接；所述第二定向耦合器的耦合端通过所述第二混频器与所述第二接收端口连接；
29、所述第一混频器用于将设定比例功率的信号与所述第一混频器接收到的本振信号进行混频，得到参考信号；
30、所述第一混频器用于将所述反射信号与所述第二混频器接收到的本振信号进行混频，得到目标信号。
31、可选地，所述空心金属波导管内灰位测量系统，还包本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种空心金属波导管内灰位测量系统，其特征在于，包括：板卡和电脑端；所述板卡包括：发送端口、信号调整电路、第一定向耦合器、第二定向耦合器、第一接收端口和第二接收端口；所述发送端口、所述信号调整电路、所述第一定向耦合器和所述第二定向耦合器依次连接；所述第一定向耦合器的耦合端与所述第一接收端口连接；所述第二定向耦合器的耦合端与所述第二接收端口连接；所述第二定向耦合器的输出端与目标空心金属波导管连接；所述电脑端包括：信号发射模块、信号接收模块、扫频模块、FFT模块和灰位计算模块；
2.根据权利要求1所述的空心金属波导管内灰位测量系统，其特征在于，所述灰位计算模块，具体包括：数据相除模块和数据处理模块；
3.根据权利要求2所述的空心金属波导管内灰位测量系统，其特征在于，所述目标空心金属波导管的灰位的计算公式为：
4.根据权利要求1所述的空心金属波导管内灰位测量系统，其特征在于，所述数据处理模块在根据各个频率点的设定误差系数对相应频率点的S11参数进行校准方面之前，还用于：
5.根据权利要求1所述的空心金属波导管内灰位测量系统，其特征在于，
6.根据权利要求1所述的空心金属波导管内灰位测量系统，其特征在于，所述板卡还包括：第一混频器和第二混频器；
7.根据权利要求6所述的空心金属波导管内灰位测量系统，其特征在于，还包括：本振信号生成装置；
8.一种空心金属波导管内灰位测量方法，其特征在于，所述方法应用于权利要求1-7中任意一项所述的空心金属波导管内灰位测量系统；
9.根据权利要求8所述的空心金属波导管内灰位测量方法，其特征在于，根据所述第一频域信号和所述第二频域信号计算各个频率点的S11参数，根据各个频率点的设定误差系数对相应频率点的S11参数进行校准，并对校准后的S11参数进行时域变换后，计算所述目标空心金属波导管的灰位，具体包括：
...【技术特征摘要】
1.一种空心金属波导管内灰位测量系统，其特征在于，包括：板卡和电脑端；所述板卡包括：发送端口、信号调整电路、第一定向耦合器、第二定向耦合器、第一接收端口和第二接收端口；所述发送端口、所述信号调整电路、所述第一定向耦合器和所述第二定向耦合器依次连接；所述第一定向耦合器的耦合端与所述第一接收端口连接；所述第二定向耦合器的耦合端与所述第二接收端口连接；所述第二定向耦合器的输出端与目标空心金属波导管连接；所述电脑端包括：信号发射模块、信号接收模块、扫频模块、fft模块和灰位计算模块；
2.根据权利要求1所述的空心金属波导管内灰位测量系统，其特征在于，所述灰位计算模块，具体包括：数据相除模块和数据处理模块；
3.根据权利要求2所述的空心金属波导管内灰位测量系统，其特征在于，所述目标空心金属波导管的灰位的计算公式为：
4.根据权利要求1所述的空心金属波导管内灰位测量系统，其特征在于，所述数据处理模块在根据各个频率点的设定误差系数对相...
【专利技术属性】
技术研发人员：牛玉广，姚启航，盖新华，叶伟斌，吴泽宇，
申请(专利权)人：华北电力大学，
类型：发明
国别省市：
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