一種聲波測溫信號的選取方法及鍋爐測溫方法技術

本發明專利技術公開了一種聲波測溫信號的選取方法及鍋爐測溫方法，其中聲波測溫信號的選取方法包括如下步驟，采集鍋爐背景噪聲，分析其頻譜，頻譜分區，在分區中的頻譜中判斷是都存在突發噪聲，然后利用粒子群算法在分區中進行頻譜處理，得到最優的聲波測溫信號，本發明專利技術可以選擇出最優頻段的聲波來用于鍋爐聲波測溫系統中，減少背景噪聲頻段對最優信號頻段的聲波干擾，準確測試出該信號頻段的聲波飛渡時間，從而準確的測試鍋爐內的溫度。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及火電廠聲學測溫領域，尤其涉及一種用于鍋爐溫度檢測的聲波測溫系統的測溫方法及聲波測溫信號的選取方法。
技術介紹
在大型火力發電廠的燃煤鍋爐中，溫度場的分布是反映燃燒過程和設備狀態的重要參數之一，不僅對于鍋爐控制和燃燒診斷具有十分重要的意義，還直接影響到煤粉的著火、燃盡以及鍋爐的經濟性和安全性，同時影響到污染物的排放量。爐內溫度場的分布能反映爐內燃燒運行情況，為運行人員的操作提供可靠依據，并為熱工控制的自動化裝置提供爐內溫度信號。如果能準確還原爐內溫度場的分布，就可以及時判斷爐內火焰的燃燒情況，并進行調節與控制，實現燃燒的優化。然而，由于工業燃燒過程自身具有瞬態變化、隨機湍流、環境惡劣等特征，給有關熱物理量場參數的在線測量帶來了困難，特別是溫度分布的測量更加困難，這樣導致燃燒調整沒有可靠的依據，燃燒最優化運行無法實現。常用的爐膛燃燒火焰溫度測量方法可分為接觸式和非接觸式兩種。接觸式測量法作為傳統的測溫技術，因為受限于受熱元件材料的耐高溫性能，只能進行短時間測量，并且現場操作量大，無法實現實時在線監測。且其測量結果為各測量點的溫度，而并非是我們所關心的整個爐內溫度場，可見該種方法并不適用于爐內高溫和磨蝕性很強的惡劣環境。聲學測溫法作為一種基于聲波理論的鍋爐燃燒在線監測的新型溫度測量技術，不受外部條件的影響，適應各種高溫、腐蝕、多塵的惡劣環境，能夠給出整個爐膛溫度場的各部分準確的溫度數據，能夠對爐膛溫度場進行連續測量，具有測量精度高、測量范圍廣、實時監測和遠程控制等諸多優點。然而火電廠鍋爐在實際運行的過程中，爐內發生著劇烈的物理化學反應，充滿了流體動力型噪聲和燃燒噪聲，還有鍋爐內不定時的吹灰，都會使爐內噪聲的頻率時刻發生變化。聲學測溫實驗所采用的信號源聲波頻段一般都是預先根據實驗要求設定好的，如果噪聲頻段與信號頻段產生重疊，那么就難以得到準確的聲波飛渡時間，降低了測量溫度場分布的準確性；而為了使聲波信號能夠穿過爐膛，通常要增大發射功率，直接導致能耗的增加。
技術實現思路
本專利技術要解決的技術問題是：提供一種聲波測溫信號的選取方法及測溫方法，用于選擇更優的聲波測溫信號，從而減少背景噪聲頻段對聲波測溫信號的干擾，準確測試出聲波測溫信號飛渡時間，從而準確的測試鍋爐內的溫度。為了解決以上問題，本專利技術提供了的技術方案是：一種聲波測溫信號的選取方法，用于
鍋爐測溫，包括如下步驟：步驟一、檢測鍋爐背景噪聲，得到鍋爐背景噪聲數據，對鍋爐背景噪聲數據進行聲學分析，得到聲壓幅值-頻譜圖，其中聲壓幅值采用負數形式表示幅值大小；步驟二、在所述聲壓幅值-頻譜圖中尋找最大聲壓幅值并將該最大聲壓幅值的1.8倍值對應頻率定義為臨界頻率，定義小于臨界頻率的頻率范圍為鍋爐背景噪聲的主要噪聲頻段，定義大于臨界頻率的頻率范圍為鍋爐背景噪聲的次要噪聲頻段；步驟三、將聲壓幅值在-60dB以上的鍋爐背景噪聲確定為突發噪聲，判斷次要噪聲頻段中是否存在突發噪聲；步驟四、當次要噪聲頻段對應的聲壓幅值大于-60dB時，則判定次要噪聲頻段中存在所述突發噪聲并定義所述突發噪聲對應的頻段為突發噪聲頻段，在所述突發噪聲頻段對應的聲壓幅值中尋找最大聲壓幅值，并將該最大聲壓幅值對應頻率定義為尋優起始頻率，將所述尋優起始頻率作為尋優頻率范圍的起始值，將所述尋優起始頻率與所述臨界頻率的和值作為尋優頻率范圍的終止值，執行步驟六；步驟五、當次要噪聲頻段對應的聲壓幅值小于-60dB時，則判定次要噪聲頻段中不存在所述突發噪聲，將500-1000Hz的頻率區間作為尋優頻率范圍，執行步驟六；步驟六、利用粒子群尋優算法在所述尋優頻率范圍對應的聲壓幅值中尋找最低聲壓幅值并將該最低聲壓幅值對應頻率作為所述聲波測溫信號的起始頻率，以臨界頻率值的3～4倍值作為所述聲波測溫信號的頻寬。進一步的，步驟一中的鍋爐背景噪聲包括燃燒噪聲和流體動力噪聲。進一步的，所述鍋爐背景噪聲是通過聲波測溫系統測得。進一步的，所述聲波測溫系統包括工控機、功率放大器、聲波發射器和聲波接收器，在工控機內設有數據采集卡和信號發生卡，所述信號發生卡與功率放大器相接，所述功率放大器與聲波發射器相接，所述聲波接收器與數據采集卡相接。一種鍋爐測溫方法，如下步驟，步驟一、設置所述工控機中的控制程序參數，啟動聲波測溫系統；步驟二、在信號發生卡運行之前，先通過聲波接收器采集鍋爐背景噪聲；步驟三、根據上述的選擇聲波測溫信號的方法選擇聲波測溫信號；步驟四、信號發生卡運行并產生所述聲波測溫信號，所述聲波測溫信號經功率放大器、聲波發射器和鍋爐，最后由聲波接收器采集，由工控機分析得出所述聲波測溫信號的飛渡時間；步驟五、根據所述聲波測溫信號的飛渡時間，計算出鍋爐內溫度。與現有技術相比，本專利技術可以選擇出最優頻段的聲波來用于鍋爐聲波測溫系統中，減少背景噪聲頻段對最優信號頻段的聲波干擾，準確測試出該信號頻段的聲波飛渡時間，從而準確的測試鍋爐內的溫度。附圖說明圖1本專利技術的流程示意圖。圖2本專利技術中的聲壓幅值-頻譜圖。具體實施方式結合附圖，對本專利技術的具體實施方式進行詳細說明。首先介紹鍋爐溫度檢測的聲波測溫系統，其包括：工控機、功率放大器、聲波發射器和聲波接收器，工控機內設置數據采集卡和信號發生卡，主要利用PCI插槽插相接，聲波發射器布置于爐墻觀火孔處，聲波接收器接收布置在另幾面爐強上。由于鍋爐內存在背景噪聲，在啟動聲波測溫系統來測試鍋爐內溫度之前，需要選擇好最優頻段的聲波作為聲波測溫信號，以減少背景噪聲對聲波測溫信號的干擾。為了選擇聲波測溫信號，具體方法如以下步驟：步驟一、檢測鍋爐背景噪聲，其包括，燃燒噪聲和流體動力噪聲，得到鍋爐背景噪聲數據，對鍋爐背景噪聲數據進行聲學分析，得到聲壓幅值-頻譜圖，其中聲壓幅值采用負數形式表示幅值大小，如圖2所示；步驟二、在所述聲壓幅值-頻譜圖中尋找最大聲壓幅值并將該最大聲壓幅值的1.8倍值對應頻率定義為臨界頻率，定義小于臨界頻率的頻率范圍為鍋爐背景噪聲的主要噪聲頻段，定義大于臨界頻率的頻率范圍為鍋爐背景噪聲的次要噪聲頻段；步驟三、將聲壓幅值在-60dB以上的鍋爐背景噪聲確定為突發噪聲，判斷次要噪聲頻段中是否存在突發噪聲；步驟四、當次要噪聲頻段對應的聲壓幅值大于-60dB時，則判定次要噪聲頻段中存在所述突發噪聲并定義所述突發噪聲對應的頻段為突發噪聲頻段，在所述突發噪聲頻段對應的聲壓幅值中尋找最大聲壓幅值，并將該最大聲壓幅值對應頻率定義為尋優起始頻率，將所述尋優起始頻率作為尋優頻率范圍的起始值，將所述尋優起始頻率與所述臨界頻率的和值作為尋優頻率范圍的終止值，執行步驟六；步驟五、當次要噪聲頻段對應的聲壓幅值小于-60dB時，則判定次要噪聲頻段中不存在所述突發噪聲，將500-1000Hz的頻率區間作為尋優頻率范圍，執行步驟六；步驟六、利用粒子群尋優算法在所述尋優頻率范圍對應的聲壓幅值中尋找最低聲壓幅值并將該最低聲壓幅值對應頻率作為所述聲波測溫信號的起始頻率，以臨界頻率值的
3～4倍值作為所述聲波測溫信號的頻寬。其中利用粒子群尋優算法在所述尋優頻率范圍內進行尋優處理，屬于常規的數據處理算法，本專利技術的創造點在于將聲壓幅值-頻譜圖進行合理分區，確定尋優頻率范圍，然后利用粒子群尋優算法計算，而計算過程本身為公知本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種聲波測溫信號的選取方法，用于鍋爐測溫，其特征在于，包括如下步驟：步驟一、檢測鍋爐背景噪聲，得到鍋爐背景噪聲數據，對鍋爐背景噪聲數據進行聲學分析，得到聲壓幅值?頻譜圖，其中聲壓幅值采用負數形式表示幅值大小；步驟二、在所述聲壓幅值?頻譜圖中尋找最大聲壓幅值并將該最大聲壓幅值的1.8倍值對應頻率定義為臨界頻率，定義小于臨界頻率的頻率范圍為鍋爐背景噪聲的主要噪聲頻段，定義大于臨界頻率的頻率范圍為鍋爐背景噪聲的次要噪聲頻段；步驟三、將聲壓幅值在?60dB以上的鍋爐背景噪聲確定為突發噪聲，判斷次要噪聲頻段中是否存在突發噪聲；步驟四、當次要噪聲頻段對應的聲壓幅值大于?60dB時，則判定次要噪聲頻段中存在所述突發噪聲并定義所述突發噪聲對應的頻段為突發噪聲頻段，在所述突發噪聲頻段對應的聲壓幅值中尋找最大聲壓幅值，并將該最大聲壓幅值對應頻率定義為尋優起始頻率，將所述尋優起始頻率作為尋優頻率范圍的起始值，將所述尋優起始頻率與所述臨界頻率的和值作為尋優頻率范圍的終止值，執行步驟六；步驟五、當次要噪聲頻段對應的聲壓幅值小于?60dB時，則判定次要噪聲頻段中不存在所述突發噪聲，將500?1000Hz的頻率區間作為尋優頻率范圍，執行步驟六；步驟六、利用粒子群尋優算法在所述尋優頻率范圍對應的聲壓幅值中尋找最低聲壓幅值并將該最低聲壓幅值對應頻率作為所述聲波測溫信號的起始頻率，以臨界頻率值的3～4倍值作為所述聲波測溫信號的頻寬。...

【技術特征摘要】
1.一種聲波測溫信號的選取方法，用于鍋爐測溫，其特征在于，包括如下步驟：步驟一、檢測鍋爐背景噪聲，得到鍋爐背景噪聲數據，對鍋爐背景噪聲數據進行聲學分析，得到聲壓幅值-頻譜圖，其中聲壓幅值采用負數形式表示幅值大小；步驟二、在所述聲壓幅值-頻譜圖中尋找最大聲壓幅值并將該最大聲壓幅值的1.8倍值對應頻率定義為臨界頻率，定義小于臨界頻率的頻率范圍為鍋爐背景噪聲的主要噪聲頻段，定義大于臨界頻率的頻率范圍為鍋爐背景噪聲的次要噪聲頻段；步驟三、將聲壓幅值在-60dB以上的鍋爐背景噪聲確定為突發噪聲，判斷次要噪聲頻段中是否存在突發噪聲；步驟四、當次要噪聲頻段對應的聲壓幅值大于-60dB時，則判定次要噪聲頻段中存在所述突發噪聲并定義所述突發噪聲對應的頻段為突發噪聲頻段，在所述突發噪聲頻段對應的聲壓幅值中尋找最大聲壓幅值，并將該最大聲壓幅值對應頻率定義為尋優起始頻率，將所述尋優起始頻率作為尋優頻率范圍的起始值，將所述尋優起始頻率與所述臨界頻率的和值作為尋優頻率范圍的終止值，執行步驟六；步驟五、當次要噪聲頻段對應的聲壓幅值小于-60dB時，則判定次要噪聲頻段中不存在所述突發噪聲，將500-1000Hz的頻率區間作為尋優頻率范圍，執行步驟六；步驟六、利用粒子群尋優算法在所述尋優頻率范圍對應的聲壓幅值中尋找最低聲壓幅值并將該最低聲壓...

【專利技術屬性】
技術研發人員：劉西陲，趙東曉，沈炯，李益國，
申請(專利權)人：東南大學，
類型：發明
國別省市：江蘇;32