声学法测量炉膛温度场系统的设计研究

论文摘要

炉膛温度是电站锅炉重要的运行参数。声学法具有实时监测,操作简单,非接触等优点,是传统测温方法很好的替代产品。本文基于国内外研究现状,对声学法测温系统的设计进行了研究。基于matlab平台,对普通互相关算法和高阶累积量算法进行仿真比较,指出在锅炉炉膛背景噪声条件下,使用高阶累积量法具有更好的准确性和抗干扰性,更适合用来测量声波飞渡时间。比较电动声源的各种信号,发现伪随机序列信号和扫频信号互相关性符合测温信号要求,并且伪随机序列信号具有更好的抗噪性能,测量稳定性和准确性。在实验室条件下,对比不同喷口口径喷流和电动扫频声源的指向性,得到结论:在模拟声学测温系统布置的各测点上气动声源比电动扫频声波各测点声压级波动大。设计开发了采用模拟输入卡I/O,采用模拟输出卡的两种发声控制方式的电声源八通道声学测温系统,分析比较两套系统在硬件和软件系统设计上的优劣。实验室试验验证系统可靠性。并提出采用模拟输出卡的气动声源测温系统的设计思路。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 引言
• 1.1 课题背景和意义
• 1.2 炉膛测温技术介绍
• 1.2.1 接触测量法
• 1.2.1.1 热电偶测温法
• 1.2.1.2 黑体腔式热辐射高温计
• 1.2.2 非接触测量法
• 1.2.2.1 采用激光的光学测温方法
• 1.2.2.2 红外发射—吸收CT法
• 1.2.2.3 基于数字图像处理的炉膛火焰检测
• 1.2.2.4 辐射测温方法
• 1.2.2.5 声波法
• 1.3 声学法测温发展现状
• 1.4 本文的主要工作内容
• 第二章 声学测温原理
• 2.1 单路径测温原理
• 2.2 二维温度场重建
• 2.2.1 基于最小二乘法的重建算法
• 2.2.2 通过逆问题中正则化方法重建温度场
• 2.2.3 基于二元平面基函数的频谱法
• 2.2.4 基于单路径函数和插值算法的网格点法
• 2.3 声波飞渡时间测量方法研究
• 2.3.1 基于相关分析的时延估计方法（广义相关法）
• 2.3.2 基于双谱估计的时延估计方法（广义双谱法）
• 2.3.3 基于参量模型估计的时延估计方法（参量模型法）
• 2.3.4 基于自适应信号处理的时延估计方法（自适应法）
• 2.3.5 仿真实验
• 2.4 本章小结
• 第三章 声学测温系统声源及测量信号选择的研究
• 3.1 测温系统声源选择
• 3.1.1 炉膛本底噪声测量
• 3.1.2 声波频率范围和声波强度
• 3.2 电动声源信号选择
• 3.2.1 互相关特性的实验研究
• 3.2.1.1 正弦信号
• 3.2.1.2 扫频信号
• 3.2.1.3 白噪声
• 3.2.1.4 现场测量
• 3.2.2 伪随机二进制序列（PRBS）
• 3.2.2.1 伪随机序列及其制取
• 3.2.2.2 互相关性能
• 3.2.2.3 抗噪性能
• 3.2.2.4 伪随机序列长度选择
• 3.2.2.5 常温下的实验研究
• 3.3 气动式声源选择研究
• 3.3.1 喷嘴设计研究
• 3.3.1.1 喷流噪声研究动态
• 3.3.1.2 喷流噪声分布理论
• 3.3.1.3 喷嘴噪声分析试验
• 3.3.2 气流发声器
• 3.3.2.1 旋笛式发声器
• 3.3.2.2 共振腔哨（哈特曼哨）
• 3.3.2.3 圆板哨
• 3.4 本章小结
• 第四章 声学测温系统的开发和实验
• 4.1 声波测温系统开发
• 4.1.1 采用I/O的电声源系统
• 4.1.1.1 系统的工作原理
• 4.1.1.2 硬件
• 4.1.1.3 软件
• 4.1.2 采用模拟输出卡的电声源系统
• 4.1.2.1 系统工作原理
• 4.1.2.2 硬件
• 4.1.2.3 软件
• 4.1.3 系统改进比较分析
• 4.1.3.1 数据采集卡
• 4.1.3.2 声源选择
• 4.1.3.3 发声控制方式
• 4.1.3.4 软件系统
• 4.1.3.5 使用气动声源作为测量信号的设计思考
• 4.2 实验室冷态实验
• 4.2.1 声学常数Z值的测量
• 4.2.2 多路径确定温度场分布实验
• 4.3 本章小结
• 第五章 全文总结
• 5.1 全文工作总结
• 5.2 主要创新点
• 5.3 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 攻读硕士学位期间参加的科研工作