声学温度计的研究

论文摘要

电站锅炉的燃烧状态直接影响着机组能否安全、经济运行。而炉内火焰温度作为反映锅炉燃烧过程的一个重要参数,对锅炉控制和燃烧诊断起着极为重要的作用。声学法温度测量技术是近年来发展起来的一项新技术,它作为一种有效的非接触式测量炉膛温度的方法,具有测量精度高,测量温度范围广,测量空间范围大、实时连续测量、抗干扰能力强、维护方便等优点,因而特别适用于电站锅炉炉膛温度的测量。本文简略的介绍了声学测温法的理论基础及测温系统的硬件组成和软件设计,在实验室条件下以距离的远近模拟了炉膛温度的变化并获得了很多数据,对系统性能进行了分析。同时对声源发声装置和声波信号接收装置做了耐温性研究,测得了装置的耐温极限,并且设计了声波导管用以将声波导入和导出炉膛,设计了声波导管双冷冷却装置用以对发声和接收装置进行降温,以满足工业现场应用的要求。总的来说本文主要完成了以下工作：1.添加了下位机硬件显示电路,使得下位机系统可以不依靠上位机直接独立运算、显示测量结果；改进了程序,扩大了系统可以测量的空间范围,增添了插值算法,提高了延迟时间测量的分辨率。2.通过实验,用距离的远近来模拟锅炉内部温度的变化,对动圈式传声器和压电式传声器的接收性能进行了对比,并且检测了系统运行的稳定性。3.通过声波发声装置和接收装置的耐温性实验,得到了系统发射和接收部件的耐温极限,同时为后续冷却装置的设计提供了依据。4.设计了声波导管,用以将声波导入和导出炉膛,同时在此基础之上设计了双冷冷却装置以满足工业现场的要求,给出了整套系统装置在工业现场的装配图。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 炉膛温度测量方法
• 1.3 声学测温系统的应用研究现状
• 1.4 本论文的主要工作
• 第2章 声学测温技术原理
• 2.1 声学测温的基本原理
• 2.2 声速与温度的函数关系
• 2.3 单路径和多路径测温原理
• 2.4 声学测温系统信号源的选取
• 2.4.1 正弦信号
• 2.4.2 脉冲信号
• 2.4.3 扫频信号
• 2.4.4 白噪声信号
• 2.4.4.1 白噪声及其特性
• 2.4.4.2 带限白噪声
• 第3章 声学温度计硬件部分与软件部分的设计
• 3.1 声学温度计硬件部分设计
• 3.1.1 声波发射系统
• 3.1.1.1 白噪声发生单元
• 3.1.1.2 带通滤波电路
• 3.1.1.3 加法器
• 3.1.1.4 输入可调功放电路
• 3.1.1.5 射随输出电路
• 3.1.2 声波接收系统
• 3.1.3 数据采集显示系统
• 3.1.3.1 处理器芯片选择
• 3.1.3.2 A/D转换配置
• 3.1.3.3 定时器配置及系统采样频率
• 3.1.3.4 UART配置
• 3.1.3.5 显示电路设计
• 3.1.3.6 系统A/D采样频率要求
• 3.2 声学温度计软件部分及算法
• 3.2.1 互相关算法分析
• 3.2.2 系统软件分析
• 3.2.2.1 下位机（ARM数据采集系统）程序流程分析
• 3.2.2.2 上位机（PC）程序流程分析
• 3.2.2.3 上下位机通信设计
• 第4章 声学温度计性能分析
• 4.1 传声器常温下性能对比
• 4.1.1 动圈式传声器
• 4.1.2 压电式传声器
• 4.2 声学温度计装置耐温性实验研究
• 4.2.1 声源装置耐温性实验
• 4.2.2 接收装置耐温性实验
• 4.2.2.1 动圈式传声器耐温实验
• 4.2.2.2 压电式传声器耐温实验
• 4.3 本章小结
• 第5章 声学温度计的安装与冷却设计
• 5.1 声波导管的设计
• 5.1.1 声波导管长度
• 5.1.2 声波导管的开口尺寸
• 5.1.2.1 号筒的传声特性
• 5.1.2.2 指数型号筒传声规律
• 5.1.2.3 锥型号筒传声规律
• 5.2 声波导管机械安装形式
• 5.2.1 声波导管与在炉墙内的安装形式
• 5.2.2 声波导管组装形式
• 5.3 系统发声装置和接收装置的冷却装置设计
• 第6章 结论
• 参考文献
• 致谢