一种声学测温技术中声波飞渡时间的测量方法

为消除由声波换能器延迟振荡效应对声波飞渡时间测量的影响,提出一种'脉冲串归一化阈值点法'测量方法。首先,对所接收到的声波信号取包络并进行归一化,通过合理设置阈值,获得不同传播距离时含有延迟响应的声波飞渡时间;然后,利用线性拟合获得声波换能器的延迟响应时间,由此即可获得声波飞渡时间。试验结果表明,利用修正后的声波飞渡时间所得到的声波传播速度与理论计算值相比误差小于1 m/s,与修正前的测量结果相比,测量精度提高了一个数量级,具有简单、易行、测量精度高等特点。另外,将所提方法应用于二维圆形边界温度场声学测量系统中,获得了较理想的测量结果。

基于互相关的测量声波飞渡时间的研究

根据气体介质温度场声学测量原理可知,只有实现声波飞渡时间的高精度、快速测量,才能保证温度场反演测量的高精度和测量的实时性。为此,将伪随机序列编码技术与互相关分析方法相结合,设计了一种声波飞渡时间高精度、快速测量系统,并对其进行了仿真研究。仿真结果表明:该方案是可行的和有效的。即当不加入伪随机序列时,声发射与接收信号间虽有相关性,但会出现连续重复峰值,无法求得声波飞渡时间;同时,并非采样精度越高越好。当载波频率为40 k Hz时,采样频率选取200 k Hz时的测量精度最高且速度最快,且测量精度绝对误差小于10,能够满足声学测温的高精度和实时测量的要求。

炉膛声学测温中声波飞渡时间测量的实验研究

炉膛内温度分布的实时监测对大型燃煤锅炉的控制和诊断具有重要意义。声波飞渡时间作为声学测温方法中的重要参数,因炉膛内复杂的燃烧环境而很难精确测量。以国内机组容量为50 MW的燃煤锅炉为研究对象,分析了炉膛内背景噪声以及不同频率的单频信号在炉膛内的衰减特性,从而确定测温中的声波信号频段。并提出采用互相关时延估计法结合希尔伯特变换取包络的方法获得声波飞渡时间。实验结果表明,采用取包络的方法相比未取包络具有更高的精度和更好的稳定性。

基于伪随机序列的松散煤体声学测温方法及应用

长期以来,采空区、煤堆、煤仓等空间的煤自燃火灾时有发生,受限于工作区域的复杂环境和火源探测技术瓶颈等因素,较难实现煤自燃灾害高温点的快速量化识别。而声学测温技术具有测量精度高、测温范围宽、测量空间大等特点,可实现采空区等隐蔽火源位置精准探测且极具发展前景。目前该技术在松散煤体温度测量领域尚处于基础研究和实验室研究阶段,仍需开展大量研究。基于伪随机序列的优越性能,将其引入作为声源信号,并根据声学测温原理和伪随机序列声源信号产生原理,搭建了松散煤体声波测温试验系统。系统主体部分包括声学测试系统、程序升温系统、隔音系统和煤样箱体,结合试验测试和仿真模拟方法,验证了系统的准确性。利用理论分析、Matlab仿真和试验测试相结合的方法,开展伪随机序列声源信号的失真特性研究,确定了该信号的最佳处理方法,成功将其应用于松散煤体测温中。结果表明:伪随机序列可以作为采空区、煤堆、煤仓等空间的松散煤体声学测温的声源信号,但需运用二次相关PHAT–β算法对伪随机序列声源信号发生频率区间(1000~3000 Hz)进行处理,使频带变窄,能量集中;运用伪随机序列声源信号测量声波在松散煤体中飞渡时间,发现不同距离下声波飞渡时间测量结果误差小于5%,并通过了对比验证;伪随机序列作为松散煤体的测温声源信号时,所反演温度与不同粒径的煤样温度之间的平均绝对误差为2.051℃,平均误差率5.293%,能够较为精准、可靠地反演煤温。

基于声波速度测量的锅炉炉膛温度监测

介绍了利用声波测量锅炉炉膛温度、建立全截面温度场的原理及实施方法,经试验验证,基于互相关函数法能较好地测量声波飞渡时间,并且试验数据十分稳定,将温度场作燃烧可视化成像处理,直观监控锅炉炉膛燃烧状况,确定了利用声波测量锅炉炉膛内温度技术的可行性。

伪随机码超声扩频在声学测温中的应用研究

声学测温技术中声波飞渡时间的测量是提高温度测量精度的关键。为了提高声波测温装置在锅炉强背景噪声下的抗干扰能力,借鉴雷达中的脉冲压缩技术,介绍了基于伪随机二进制序列的超声扩频测声波飞渡时间方法。利用信号处理技术中的互相关函数分析方法,计算声波发射端和接收端两路信号之间的时间延迟。在实验室加背景噪声的条件下,对声波时间延迟估计进行了实验研究。实验结果表明:伪随机码超声扩频测量飞渡时间具有较高的准确性、稳定性和抗干扰性能,该方法对提高声学测温精度具有实际意义。

基于声学技术的非接触式烟气流速测量实验

在不影响烟气管道原有流场的前提下,基于声学技术对电站锅炉烟气流速进行了非接触式实验测量。实验采用扫频信号作为信号源,声源和声音传感器分别布置在流道上下2个端面,倾斜一定角度并呈一条直线;根据时差法求气体流速原理,分别运用基本互相关算法和基于相位变换(PHAT)加权广义互相关算法对声波飞渡时间进行测量;比较不同算法和不同倾斜角的测量结果,找到最合适的倾斜角度,并与涡街流量计测得的结果进行比较,验证其可行性。结果表明:非接触式声波法可以在不影响管道流动的情况下准确测得烟气流速;PHAT加权广义互相关算法在测量准确性和灵敏度方面明显优于基本互相关算法;非接触式声波法声源扫频频率5 000~8 000 Hz、倾斜角20°时测量结果最准确,精确度高。

回波峰值特征声学测温及DSP+FPGA测温系统

针对声学测温高精度、实时性和抗干扰的性能要求,提出一种基于回波峰值特征统计方法测量声波飞渡介质温度的算法,设计系统采用以高速ADC模数转换芯片为外设,FPGA可编程逻辑芯片缓存高速采样数据,DSP数字信号处理器为运算核心的处理系统,对声波飞行时间ToF进行快速精确实时测量。实验结果表明,系统能准确跟踪接触式测温仪为参照的介质温度变化。与阈值法和互相关法对比,该算法适应嵌入式系统,运算速度快,抗干扰性强。