声学法燃煤锅炉炉膛温度场测量系统研究

论文摘要

电站燃煤锅炉炉膛温度场测量对于设备的安全、高效、清洁排放都有重要的意义。但是由于电站锅炉炉膛内部多尘、高温,目前国内还没有合理高效的炉膛温度场测量手段。因此寻求一种更为准确,可靠的炉膛温度场检测技术成为迫切需要解决的问题。本文针对此问题展开研究,本文主要完成如下工作:首先,研究介绍了现有炉膛温度场的测量方法,分析了这些方法的优缺点,论述了声波通过燃烧区域的波动方程及声波与媒质温度的关系,研究了声学法测量炉膛温度场的基本原理。由于声学测量采用主动声源,声源信号频谱特性已知,本文研究了基于二次相关技术的声波飞行时间估计算法,详细介绍了算法原理。为了减少计算量,采用FFT计算在较小计算量的情况下实现有用声波信号的重构,并应用该算法在非相关的高斯白噪声背景下进行声波飞行时间估计,实验结果表明,与广义互相关方法相比,该方法能够在更低信噪比下获得较高的声波飞行时间估计精度。针对锅炉炉膛声学环境特点,对炉腔混响进行分析,提出了基于倒谱的时延估计方法。介绍了倒谱的原理与计算方法,在单通道较强混响条件下对声波信号进行仿真实验,仿真结果表明在有混响影响时能够更准确的估计声波飞行时间。基于LabVIEW软件平台,设计了声学温度场测量系统,以数据采集卡PCI6123、计算机和声波发射/接收单元构成硬件系统。在室温条件下对该系统进行了实验测试,测试结果表明:该系统工作稳定,能够对24条路径上声波飞行时间进行测量,测量结果误差在±1℃以内。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景和意义
• 1.2 炉膛温度测量方法
• 1.2.1 接触式测量
• 1.2.2 非接触式测量
• 1.3 声学法测温的研究现状和发展
• 1.4 声学法测温的基本原理
• 1.5 课题研究的主要内容
• 1.6 论文组织结构
• 第2章 声波飞行时间测量研究
• 2.1 时间延迟估计概述
• 2.2 基于直接互相关的时延估计
• 2.3 基于广义互相关的时延估计
• 2.4 基于相位谱的时延估计
• 2.5 基于高阶累积量的时延估计
• 2.6 自适应时延估计方法
• 2.7 基于小波变换的时延估计
• 2.8 本章小结
• 第3章 基于二次相关技术的炉膛声波飞行时间估计
• 3.1 基于二次相关技术的时延估计算法的理论分析
• 3.1.1 一次自相关
• 3.1.2 一次互相关
• 3.1.3 FFT 快速算法
• 3.2 算法仿真分析
• 3.3 本章小结
• 第4章 基于倒谱的炉膛声波飞行时间估计
• 4.1 炉膛声场分析
• 4.2 基于倒谱分析的时延估计
• 4.2.1 卷积同态系统
• 4.2.2 倒谱原理
• 4.2.3 基于倒谱的时延估计
• 4.3 仿真结果与分析
• 4.4 本章小结
• 第5章 声学测温系统的开发及实验研究
• 5.1 声波测温硬件系统的组成
• 5.2 软件系统
• 5.2.1 虚拟仪器与LabVIEW
• 5.2.2 基于LabVIEW 的数据采集系统软件设计
• 5.3 温度检测系统实验装置
• 5.4 实验装置性能测试
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间发表（含录用）的学术论文及参加的科研工作