發(fā)布時間：2020-07-12 08:25

【摘要】：聲學(xué)測溫法作為一種新型非接觸式溫度測量技術(shù),在用于鍋爐燃燒在線監(jiān)測時具有諸多優(yōu)點,比如在惡劣環(huán)境中的良好適應(yīng)性,測量的連續(xù)性,寬量程和高分辨率,以及維修費用低。因此它在電廠中有著廣闊的應(yīng)用前景。聲波飛渡時間的測量是電站鍋爐聲學(xué)測溫中的關(guān)鍵技術(shù),它的測量精度將直接影響到爐膛溫度場重建的準確度。現(xiàn)代電站鍋爐結(jié)構(gòu)復(fù)雜,尺寸龐大,聲學(xué)測溫信號在高溫?zé)煔庵虚L時間傳播時會發(fā)生明顯的衰減;另外,鍋爐內(nèi)存在的大量熱態(tài)背景噪聲會對聲波飛渡時間的測量結(jié)果產(chǎn)生極強的干擾;又由于受到工藝水平的限制,不能單一地通過增強發(fā)聲裝置的功率來提高聲波飛渡時間的測量精度。因此,如何在面臨聲波衰減問題和大量強背景噪聲的情況下實現(xiàn)對聲波飛渡時間的精確測量就成為聲學(xué)法獲取爐膛內(nèi)真實煙氣溫度的關(guān)鍵,也是聲學(xué)測溫技術(shù)在電站鍋爐中應(yīng)用時需要重點解決的問題。為了解決這一問題,一方面需要找到一種適合在電站鍋爐聲學(xué)測溫中應(yīng)用的時延估計算法;另一方面,需要選擇一種合適的聲源信號,這樣更利于時延估計算法將其與大量強背景噪聲有效地區(qū)分開,從而得到準確的聲波飛渡時間。本文基于以上兩方面開展研究工作,主要內(nèi)容包括:1、本文基于高階累積量的基本理論及自適應(yīng)時延估計算法的相關(guān)知識,針對電站鍋爐聲學(xué)測溫的特定環(huán)境,選擇四階累積量及ETDGE算法作為信號處理手段,嘗試將基于高階累積量的自適應(yīng)聲波時延估計算法進行改進,提出了FOC-ETDGE算法。通過MATLAB仿真實驗,將該算法與現(xiàn)場廣泛應(yīng)用的互相關(guān)時延估計算法在不同信噪比環(huán)境下進行了時延估計性能的比較,初步驗證了本文提出的聲波時延估計算法的優(yōu)越性。2、基于偽隨機序列的相關(guān)理論,針對電站鍋爐聲學(xué)測溫的特殊環(huán)境,設(shè)計了幾種自相關(guān)特性明顯、抗噪性能優(yōu)良的聲源信號,并進行了相關(guān)的參數(shù)優(yōu)化。通過MATLAB仿真實驗,將上述聲源信號與現(xiàn)場廣泛應(yīng)用的掃頻信號進行自相關(guān)特性及抗噪性能比較,初步驗證了本文設(shè)計的m序列、濾波后m序列及BPSK信號這幾種聲源信號的潛在優(yōu)勢。3、分別通過實驗室冷態(tài)實驗及現(xiàn)場聲學(xué)測溫系統(tǒng)中的熱態(tài)實驗對上述時延估計算法及聲源信號進行了進一步優(yōu)化及篩選。實驗結(jié)果驗證了本文提出的FOC-ETDGE算法及BPSK信號在鍋爐穩(wěn)定工況及變工況下的優(yōu)越性,為電站鍋爐聲學(xué)測溫系統(tǒng)的進一步成熟應(yīng)用打下了堅實的基礎(chǔ)。
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TM621.2
【圖文】：

東南大學(xué)碩士學(xué)位論文聲波飛渡時間，就可以計算出聲波的平均傳播速度這就是聲學(xué)測溫的基本原理。原理一個聲波接收器分別安裝在爐膛相對壁面上，且兩者從聲波發(fā)射器到聲波接收器的飛渡時間為 t，則聲速lct 得路徑上的煙氣平均溫度[7]，如式(1.4)所示。22 2lTZ t 對溫度，K；l 是聲波發(fā)射器到聲波接收器的距離，聲波接收器的飛渡時間，s。

這樣會形成 24 條聲波傳播路徑，如圖1-2 所示。各個聲波發(fā)射器會按照一定的順序依次開啟，發(fā)射的聲波穿過爐膛內(nèi)煙氣介質(zhì)被其它聲波接收器接收到后，就可以得到這 24 條聲波傳播路徑上的聲波飛渡時間。利用這些數(shù)據(jù)，依托于聲學(xué)測溫原理，通過相應(yīng)的溫度場重建技術(shù)，就能獲得該橫截面上大致的溫度分布情況。需要說明的是，圖 1-2 中的直線僅用來示意，不代表聲波在爐內(nèi)溫度場中真實的傳播路徑。同時，進行溫度場的重建工作時，需要針對聲波在梯度溫度場中的“折射效應(yīng)”作相應(yīng)的修正和補償，這樣才能得到比較合理的重建結(jié)果。

圖 1-3 單路徑聲學(xué)測溫裝置示意圖通道 1 和通道 2 中的聲波接收器接收到的信號分別如下： 1x t s t w t(1.5) 2( )ty t as t D w t(1.6)式中， s t 為聲波發(fā)射器發(fā)出的聲源信號；tD 為聲波時間延遲的真實值；a 代表聲波的衰減因子( a (0,1])。 1w t 和 2w t 分別為兩個聲波接收器接收到的爐膛背景噪聲�，F(xiàn)場應(yīng)用時都會把模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號以便分析，因此利用t kT（T 為采樣周期）把上式轉(zhuǎn)換成離散形式： 1x k s k wk(1.7) 2y ( k ) as k D w k(1.8)式中， s ( k )為非高斯、零均值平穩(wěn)信號； s k D 為 s k 的時延信號； 1w k 和 2w k 是與信號s ( k )統(tǒng)計獨立、空間相關(guān)的零均值高斯噪聲；D為時間延遲的估計值，可用式(1.9)表示。int( ) /tD D d D T(1.9)式中，d 為離散信號的分數(shù)時延。聲學(xué)測溫時延估計的目標(biāo)就是利用某種時延估計算法，從有限長度的接收信號 x ( k )和 y ( k )中

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本文編號：2751689