專利名稱：：立體四元陣列電站鍋爐承壓管泄漏的精確定位方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬于火力發(fā)電中鍋爐承壓管泄漏監(jiān)測(cè)技術(shù)，具體說是涉及火力發(fā)電機(jī)組的鍋爐內(nèi)水冷壁、過熱器、再熱器和省煤器受熱面管道泄漏的一種立體四元陣列電站鍋爐承壓管泄漏的精確定位方法。
背景技術(shù)：
：火電鍋爐的“四管”泄漏一直是困擾火電機(jī)組安全生產(chǎn)的一大難題，進(jìn)行鍋爐爆管早期預(yù)報(bào)，在其還未發(fā)展成為破壞性爆漏之前及時(shí)發(fā)現(xiàn)泄漏，并確定泄漏點(diǎn)的位置。對(duì)于妥善安排停爐、縮短檢修時(shí)間、減少經(jīng)濟(jì)損失有重大意義。目前，國(guó)內(nèi)外(參見專利"AcousticLeakDetectionSystem，，，US4960079、“鍋爐承壓管泄漏在線監(jiān)測(cè)儀”，CN2253829)爐管泄漏檢測(cè)裝置采用大量布置測(cè)點(diǎn)覆蓋鍋爐受熱面，在濾掉鍋爐背景噪聲后檢測(cè)泄漏聲的聲壓級(jí)大小和泄漏聲的頻譜特征對(duì)泄漏是否發(fā)生加以診斷。若某測(cè)點(diǎn)發(fā)生報(bào)警，則確定泄漏源位于該測(cè)點(diǎn)為圓心，10米為半徑的半球空間內(nèi)，所以裝置的主要作用還是判斷泄漏并確定泄露的受熱面，并不能定位到具體的管排上。對(duì)于泄漏孔徑14mm，檢修任務(wù)則往往需要花費(fèi)大量的人力和時(shí)間，其面臨的重大技術(shù)難題是解決泄漏源的精確定位問題。本發(fā)明突破當(dāng)前鍋爐四管泄漏檢測(cè)中單點(diǎn)各自探測(cè)的思路，考慮各個(gè)單點(diǎn)傳感器之間的相干信息_將傳聲器組成陣列接收泄漏信號(hào)，經(jīng)過對(duì)聲信號(hào)的互相關(guān)處理得出聲音到達(dá)不同位置傳聲器的時(shí)間差，再根據(jù)目標(biāo)與基元位置之間的幾何關(guān)系確定出其泄漏位置。雷達(dá)和聲納系統(tǒng)的測(cè)距和定位中往往進(jìn)行遠(yuǎn)場(chǎng)假設(shè)目標(biāo)距離遠(yuǎn)大于聲陣特征尺寸(r？a，b)，從而進(jìn)行化簡(jiǎn)得到時(shí)間遲延組合公式進(jìn)行定位(KermethW.K.Lui,FrankieK.W.Chan,H.C.So.Accuratetimedelayestimationbasedpassivelocalization[J].SignalProcessing,2009,89(9):1835-1838.)。蜂窩移動(dòng)通信中，通過遠(yuǎn)場(chǎng)假設(shè)泰勒級(jí)數(shù)展開算法在每一次遞歸過程中求解測(cè)量誤差的局部線性最小二乘解來改善估計(jì)位置，初始值必須具有一定的準(zhǔn)確度才能夠保證比較快的收斂速度，而且算法是否收斂與初值有關(guān)；Chan采用二重最小二乘算法給出了定位方程組的非迭代閉式解，算法計(jì)算量小，在噪聲服從高斯分布的環(huán)境下定位精度高，但局限于二維平面。(Y.T.Chan，K.C.Ho.Asimpleandefficientestimatorforhyperboliclocation[J].IEEETransactionsonSignalProcessing,1994,42(8):1905_1915.)由于泄漏坐標(biāo)是三維參量，若采用線陣只能確定其中的二維參量；面陣和立體陣可以在整個(gè)平面對(duì)泄漏聲源進(jìn)行定位，五元或五元以上構(gòu)成的十字陣列的基本思想是通過增加敏感元來提高定位精度，但增加元數(shù)勢(shì)必增加系統(tǒng)的成本。均勻圓陣、球陣、圓柱陣列具有良好的測(cè)量性能，但其結(jié)構(gòu)不適合在電站鍋爐上應(yīng)用。本發(fā)明的目的之一在于根據(jù)鍋爐結(jié)構(gòu)特點(diǎn)建立適用于電站鍋爐的被動(dòng)聲測(cè)定位算法。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種立體四元陣列電站鍋爐承壓管泄漏的精確定位方法；在電站鍋爐承壓管泄漏后，確定泄漏點(diǎn)的位置，從而妥善安排停爐、縮短檢修時(shí)間、減少經(jīng)濟(jì)損失。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的步驟一由于泄漏坐標(biāo)是三維參量，若采用線陣只能確定其中的二維參量，因此首先設(shè)計(jì)出由Μ”Μ2、Μ3和M4四個(gè)傳聲器構(gòu)成的立體聲陣列與其在爐膛的布置，則泄漏聲源應(yīng)滿足雙曲面方程組<formula>formulaseeoriginaldocumentpage6</formula>根據(jù)立體四元陣列被動(dòng)聲定位系統(tǒng)傳聲器布置模型推得測(cè)點(diǎn)布置的幾何關(guān)系<formula>formulaseeoriginaldocumentpage6</formula><formula>formulaseeoriginaldocumentpage6</formula>其中，a、b、h為Mi、M2、M3*M4四個(gè)傳聲器投影在三維坐標(biāo)相應(yīng)面的平面長(zhǎng)方形的特征尺寸值，τ,j為其時(shí)間延遲，c為有效聲速，i、j分別為1、2、3、4；步驟二通過ML廣義互相關(guān)得到時(shí)間延遲估計(jì)；Clij表示傳聲器Mi到Mj距點(diǎn)聲源的距離差，即Clij=SMi-SMj=cτ…T為觀測(cè)時(shí)間，其兩路信號(hào)的互相關(guān)時(shí)延估計(jì)為<formula>formulaseeoriginaldocumentpage6</formula>加窗濾波后，兩信號(hào)的互功率譜可表示為<formula>formulaseeoriginaldocumentpage6</formula>又因?yàn)榛ハ嚓P(guān)函數(shù)與互功率譜函數(shù)之間是一對(duì)傅里葉變換的關(guān)系，因此相關(guān)函數(shù)的輸出為<formula>formulaseeoriginaldocumentpage6</formula>ML(最大似然)權(quán)函數(shù)為Y12=Hl(Z)H2^f)=-^^--Iu/)|(1—ι,(/)ι)其中，IY(f)I2為兩麥克接受信號(hào)的模平方相干函數(shù)，表達(dá)式為<formula>formulaseeoriginaldocumentpage6</formula>GyPg^分別表示信號(hào)的自功率譜和互功率譜，X1為通道1信號(hào)，X2為通道2信號(hào)；步驟三采用自適應(yīng)Gaussian變異遺傳算法對(duì)雙曲線定位方程組進(jìn)行優(yōu)化，(1)變量初始變化空間和編碼，由于聲傳感器的探測(cè)半徑為12m，變量對(duì)應(yīng)的范圍設(shè)定為[-12，12]，對(duì)于泄漏定位多維、高精度要求的連續(xù)函數(shù)優(yōu)化問題，二進(jìn)制編碼可量測(cè)性不強(qiáng)，不直觀，且不是因?yàn)樽址L(zhǎng)而導(dǎo)致遺傳算法訓(xùn)練的解空間過大，尋優(yōu)時(shí)間很長(zhǎng)，就是因?yàn)樽址蹋箼?quán)值表達(dá)精度不夠，因此我們采用浮點(diǎn)數(shù)編碼方式。浮點(diǎn)數(shù)編碼中，個(gè)體的每個(gè)基因值用某一范圍內(nèi)的一個(gè)浮點(diǎn)數(shù)來表示，個(gè)體的編碼長(zhǎng)度等于其決策變量的個(gè)數(shù)，將每個(gè)染色體的基因X，疊加了與這個(gè)分量相關(guān)的擾動(dòng)的偏差；這種隨機(jī)擾動(dòng)的分布特性既充分保證了變異的精細(xì)搜索能力，又保證了變異以較大的步距來改變解向量的各個(gè)分量，從而提供了使搜索過程脫離局部最優(yōu)點(diǎn)的可能性；(2)隨機(jī)生成初始父代群體，群體規(guī)模大小PoPSize(Ps)=100，分別在X向量各維分量的取值范圍內(nèi)以均勻分布隨機(jī)地取值，得到初始解向量Xtl,并取O向量賦初值O0=0.3；(3)父代個(gè)體的適應(yīng)度評(píng)價(jià)，定義第i個(gè)父代個(gè)體的適應(yīng)度函數(shù)值為<formula>formulaseeoriginaldocumentpage7</formula>Α(Χ，y，ζ)為上述步驟一中的函數(shù)；ps為群體規(guī)模大小，本步驟中(2)已經(jīng)給出；(4)父代個(gè)體的概率選擇，取比例選擇方式，則個(gè)體i的選擇概率為<formula>formulaseeoriginaldocumentpage7</formula>(5)父代個(gè)體的雜交，從父代群體中以上述'的方式選擇兩個(gè)個(gè)體，按事先給定的雜交概率P。=0.8，確定是否要進(jìn)行交叉運(yùn)算，若要進(jìn)行交叉的話，在[1，2]區(qū)間內(nèi)產(chǎn)生一個(gè)均勻分布的隨機(jī)整數(shù)j。rass，兩個(gè)被選擇的染色體交換第j。MSS位基因后面的染色體片斷；(6)子代個(gè)體的變異。變異算子最主要起細(xì)粒度搜索作用，同時(shí)還要賦予搜索以跳離局部極小點(diǎn)的能力，這就要求每一位基因通過變異得到的等位基因以較大的概率密度分布在基因原值的附近，并在離基因原值較遠(yuǎn)的地方的分布也具有一定的概率密度，由于我們?cè)诙嗑S遺傳搜索中采用了十進(jìn)制浮點(diǎn)數(shù)基因表示方式，因此采用簡(jiǎn)單遺傳算法的位變異操作來進(jìn)行基因的突變顯然是不恰當(dāng)?shù)?；搜索的每個(gè)解向量包含了一個(gè)擾動(dòng)向量ο=[σχ，oy,οζ]τ，這個(gè)擾動(dòng)向量給出了如何對(duì)χ進(jìn)行變異的信息，并且其本身也是要進(jìn)行變異的。我們采用下式以變異概率Pm=0.3對(duì)父代解向量(X，ο)進(jìn)行變異，得到子代解向量(X'，σ‘)<formula>formulaseeoriginaldocumentpage7</formula>這里Ν(0，1)表示一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的Gaussain隨機(jī)變量，Ni(0，1)表示對(duì)應(yīng)于Xi的獨(dú)立的標(biāo)準(zhǔn)Gaussain隨機(jī)擾動(dòng)；常數(shù)α，β是這個(gè)變異算子的參數(shù)，分別定義了整個(gè)σ向量的搜索步長(zhǎng)及其各維分量σi的搜索步長(zhǎng)；(7)進(jìn)化迭代，由步驟(6)得到的η個(gè)子代個(gè)體作為新的父代，算法轉(zhuǎn)入步驟(3)，進(jìn)入下一次進(jìn)化過程，如此循環(huán)往復(fù)使得個(gè)體逼近最優(yōu)點(diǎn)；(8)聲源空間位置固定，選定誤差線度為0.Ius與0.Olus級(jí)，延時(shí)誤差每變化0.2us與0.02US利用加速遺傳算法得到定位結(jié)果，計(jì)算空間坐標(biāo)X，y,ζ的誤差如圖所示。由圖可知當(dāng)時(shí)延誤差在0.Ius級(jí)時(shí)，平面四元陣列空間坐標(biāo)定位誤差很大無法實(shí)現(xiàn)泄漏目標(biāo)的定位，而立體四元陣列的定位誤差最大為1.22m;當(dāng)時(shí)延誤差在0.Olus級(jí)時(shí)，平面四元陣列空間坐標(biāo)定位誤差最大為0.79m，而立體四元陣列的定位誤差最大為0.09m。本發(fā)明的有益效果是突破當(dāng)前鍋爐四管泄漏檢測(cè)中單點(diǎn)各自探測(cè)的思路，考慮各個(gè)單點(diǎn)傳感器之間的相干信息_將傳聲器組成陣列接收泄漏信號(hào)，經(jīng)過對(duì)聲信號(hào)的互相關(guān)處理得出聲音到達(dá)不同位置傳聲器的時(shí)間差，再根據(jù)目標(biāo)與基元位置之間的幾何關(guān)系確定出其泄漏位置。根據(jù)鍋爐結(jié)構(gòu)特點(diǎn)設(shè)計(jì)出了立體四元鍋爐承壓管泄漏精確定位傳聲器陣列及其在爐膛中的布置其；通過ML廣義互相關(guān)函數(shù)得到時(shí)間遲延估計(jì)比直接互相關(guān)峰值穩(wěn)定尖銳；采用遺傳算法十進(jìn)制浮點(diǎn)編碼，自適應(yīng)Gauss變異算子，進(jìn)行雙曲面方程組定位解的全局性概率搜索，避免了初值猜測(cè)與遠(yuǎn)場(chǎng)假設(shè)實(shí)現(xiàn)承壓管泄漏的精確位置確定，具有穩(wěn)健性。圖1立體四元陣列被動(dòng)聲定位系統(tǒng)傳聲器布置圖2600MW機(jī)組鍋爐承壓管泄漏定位立體四元陣列分布3鍋爐承壓管泄漏精確定位系統(tǒng)拓?fù)?承壓管泄漏被動(dòng)聲測(cè)ML廣義互相關(guān)時(shí)間遲延估計(jì)圖5承壓管泄漏雙曲面定位自適應(yīng)Gauss變異遺傳算法的典型進(jìn)化曲線具體實(shí)施例方式采用立體四元陣列對(duì)電站鍋爐四管泄漏進(jìn)行精確定位，其傳聲器的陣列結(jié)構(gòu)及其在爐膛的分布如圖1、圖2所示，根據(jù)圖1立體四元陣列被動(dòng)聲定位系統(tǒng)傳聲器布置模型推得測(cè)點(diǎn)布置的幾何關(guān)系‘d+b2fx{x,y,ζ)=2ax+2hz-Tjct21A^+y2+ζ2-ax-by-2hz-\——-——hh2-C2T^1一Zz2I+辦2<f2(x,y,ζ)=2ax+—2cT3l1ljX2+y2+z2-ox-by-7hz-\——-——HZz2-C2-^1I222J^b2~“222f3(x,y,z)=2by+2hz-2cr4lJx+y-ax-fy-2hz-\——-——hh-c-h其中，a、b、h為Mi、M2、M3和M4四個(gè)傳聲器投影在三維坐標(biāo)相應(yīng)面的平面長(zhǎng)方形的特征尺寸值，τ,J為其時(shí)間延遲，C為有效聲速，i、j分別為1、2、3、4；測(cè)點(diǎn)布置可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況適當(dāng)改動(dòng)，SG-1025/17.5-M723型號(hào)鍋爐共分為A、B、C、D、Ε、F、G層，共30個(gè)測(cè)點(diǎn)。定位系統(tǒng)的硬件及軟件拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖3所示。傳聲器和前置放大器采用1/2英寸預(yù)極化駐極體測(cè)量傳聲器MP201(靈敏度50mV/Pa)和ICP前置放大器MA201。信號(hào)調(diào)理器提供用于傳感器的ICCP供電，并可對(duì)信號(hào)進(jìn)行濾波與放大。調(diào)節(jié)檔分三個(gè)1倍，10倍，100倍，BNC接頭，18V直流電源供電，調(diào)理后的信號(hào)通過68針同軸接頭電纜與數(shù)據(jù)采集卡連接。采用LabVIEW軟件和NIPXI-6133采集卡，每通道采樣速率最高可達(dá)3MS/s。設(shè)置采樣頻率為fs=102400S/S。我們?cè)趪?guó)內(nèi)某電廠1025噸/小時(shí)循環(huán)硫化床鍋爐上設(shè)計(jì)的平面四元陣列特征尺寸a=12m，b=7.3m，h=6m?，F(xiàn)場(chǎng)蒸汽噴氣，蒸汽壓力為58.IMPa,孔徑為2mm得到τ21，τ31，τ41的ML廣義互相關(guān)時(shí)間遲延估計(jì)分別如圖4-1，4-2，4-3所示。在采樣點(diǎn)&，隊(duì)，隊(duì)^為相關(guān)峰值對(duì)應(yīng)的采樣點(diǎn)數(shù)，根據(jù)程序給出)檢測(cè)到ML廣義互相關(guān)函數(shù)非常穩(wěn)定的尖銳峰值，從而時(shí)間遲延估計(jì)·=4N采用自適應(yīng)Gauss變異遺傳算法進(jìn)行雙曲面定位結(jié)果如下實(shí)施例1當(dāng)時(shí)間遲延估計(jì)誤差為Ius時(shí)，采用自適應(yīng)Gauss變異遺傳算法，群體經(jīng)過61代演化，群體最小適應(yīng)度為3.4849，如圖5-1所示，定位結(jié)果為(5.7021，3.0205，11)。實(shí)施例2當(dāng)時(shí)間遲延估計(jì)誤差為0.Ius時(shí)，采用自適應(yīng)Gauss變異遺傳算法，群體經(jīng)過31代演化，群體最小適應(yīng)度為320.0279，如圖5_2所示，定位結(jié)果為(5.0549,3.0235，10.1085)。實(shí)施例3當(dāng)時(shí)間遲延估計(jì)誤差為0，采用自適應(yīng)Gauss變異遺傳算法，群體經(jīng)過23代演化，群體最小適應(yīng)度為0.0026，如圖5-3所示，定位結(jié)果為(4.9996，3.0000,9.9997)。權(quán)利要求一種立體四元陣列電站鍋爐承壓管泄漏的精確定位方法，其特征在于，步驟一由于泄漏坐標(biāo)是三維參量，若采用線陣只能確定其中的二維參量，因此首先設(shè)計(jì)出由M1、M2、M3和M4四個(gè)傳聲器構(gòu)成的立體聲陣列與其在爐膛的布置，則泄漏聲源應(yīng)滿足雙曲面方程組||Mi-S||-||Mj-S||＝cτij根據(jù)立體四元陣列被動(dòng)聲定位系統(tǒng)傳聲器布置模型推得測(cè)點(diǎn)布置的幾何關(guān)系<mfencedopen='{'close=''><mtable><mtr><mtd><msub><mi>f</mi><mn>1</mn></msub><mrow><mo>(</mo><mi>x</mi><mo>,</mo><mi>y</mi><mo>,</mo><mi>z</mi><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mn>2</mn><mi>ax</mi><mo>+</mo><mn>2</mn><mi>hz</mi><mo>-</mo><mn>2</mn><mi>c</mi><msub><mi>&tau;</mi><mn>21</mn></msub><msqrt><msup><mi>x</mi><mn>2</mn></msup><mo>+</mo><msup><mi>y</mi><mn>2</mn></msup><mo>+</mo><msup><mi>z</mi><mn>2</mn></msup><mo>-</mo><mi>ax</mi><mo>-</mo><mi>by</mi><mo>-</mo><mn>2</mn><mi>hz</mi><mo>+</mo><mfrac><mrow><msup><mi>a</mi><mn>2</mn></msup><mo>+</mo><msup><mi>b</mi><mn>2</mn></msup></mrow><mn>4</mn></mfrac><mo>+</mo><msup><mi>h</mi><mn>2</mn></msup></msqrt><mo>-</mo><msup><mi>c</mi><mn>2</mn></msup><msubsup><mi>&tau;</mi><mn>21</mn><mn>2</mn></msubsup><mo>-</mo><msup><mi>h</mi><mn>2</mn></msup></mtd></mtr><mtr><mtd><msub><mi>f</mi><mn>2</mn></msub><mrow><mo>(</mo><mi>x</mi><mo>,</mo><mi>y</mi><mo>,</mo><mi>z</mi><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mn>2</mn><mi>ax</mi><mo>+</mo><mn>2</mn><mi>by</mi><mo>-</mo><mn>2</mn><mi>c</mi><msub><mi>&tau;</mi><mn>31</mn></msub><msqrt><msup><mi>x</mi><mn>2</mn></msup><mo>+</mo><msup><mi>y</mi><mn>2</mn></msup><mo>+</mo><msup><mi>z</mi><mn>2</mn></msup><mo>-</mo><mi>ax</mi><mo>-</mo><mi>by</mi><mo>-</mo><mn>2</mn><mi>hz</mi><mo>+</mo><mfrac><mrow><msup><mi>a</mi><mn>2</mn></msup><mo>+</mo><msup><mi>b</mi><mn>2</mn></msup></mrow><mn>4</mn></mfrac><mo>+</mo><msup><mi>h</mi><mn>2</mn></msup></msqrt><mo>-</mo><msup><mi>c</mi><mn>2</mn></msup><msubsup><mi>&tau;</mi><mn>31</mn><mn>2</mn></msubsup></mtd></mtr><mtr><mtd><msub><mi>f</mi><mn>3</mn></msub><mrow><mo>(</mo><mi>x</mi><mo>,</mo><mi>y</mi><mo>,</mo><mi>z</mi><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mn>2</mn><mi>by</mi><mo>+</mo><mn>2</mn><mi>hz</mi><mo>-</mo><mn>2</mn><mi>c</mi><msub><mi>&tau;</mi><mn>41</mn></msub><msqrt><msup><mi>x</mi><mn>2</mn></msup><mo>+</mo><msup><mi>y</mi><mn>2</mn></msup><mo>+</mo><msup><mi>z</mi><mn>2</mn></msup><mo>-</mo><mi>ax</mi><mo>-</mo><mi>by</mi><mo>-</mo><mn>2</mn><mi>hz</mi><mo>+</mo><mfrac><mrow><msup><mi>a</mi><mn>2</mn></msup><mo>+</mo><msup><mi>b</mi><mn>2</mn></msup></mrow><mn>4</mn></mfrac><mo>+</mo><msup><mi>h</mi><mn>2</mn></msup></msqrt><mo>-</mo><msup><mi>c</mi><mn>2</mn></msup><msubsup><mi>&tau;</mi><mn>41</mn><mn>2</mn></msubsup><mo>-</mo><msup><mi>h</mi><mn>2</mn></msup></mtd></mtr></mtable></mfenced>其中，a、b、h為M1、M2、M3和M4四個(gè)傳聲器投影在三維坐標(biāo)相應(yīng)面的平面長(zhǎng)方形的特征尺寸值，τij為其時(shí)間延遲，c為有效聲速，i、j分別為1、2、3、4；步驟二通過ML廣義互相關(guān)得到時(shí)間延遲估計(jì)；dij表示傳聲器Mi到Mj距點(diǎn)聲源的距離差，即dij＝SMi-SMj＝cτij，T為觀測(cè)時(shí)間，其兩路信號(hào)的互相關(guān)時(shí)延估計(jì)為<mrow><msub><mover><mi>R</mi><mo>^</mo></mover><mrow><msub><mi>x</mi><mn>1</mn></msub><msub><mi>x</mi><mn>2</mn></msub></mrow></msub><mrow><mo>(</mo><mi>&tau;</mi><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mfrac><mn>1</mn><mrow><mi>T</mi><mo>-</mo><mi>&tau;</mi></mrow></mfrac><munderover><mo>&Integral;</mo><mi>&tau;</mi><mi>T</mi></munderover><msub><mi>x</mi><mn>1</mn></msub><mrow><mo>(</mo><mi>t</mi><mo>)</mo></mrow><mo>&CenterDot;</mo><msub><mi>x</mi><mn>2</mn></msub><mrow><mo>(</mo><mi>t</mi><mo>+</mo><mi>&tau;</mi><mo>)</mo></mrow><mi>dt</mi></mrow>加窗濾波后，兩信號(hào)的互功率譜可表示為<mrow><msub><mi>G</mi><mrow><msub><mi>P</mi><mn>1</mn></msub><msub><mi>P</mi><mn>2</mn></msub></mrow></msub><mrow><mo>(</mo><mi>f</mi><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><msub><mi>H</mi><mn>1</mn></msub><mrow><mo>(</mo><mi>f</mi><mo>)</mo></mrow><msup><msub><mi>H</mi><mn>2</mn></msub><mo>*</mo></msup><mrow><mo>(</mo><mi>f</mi><mo>)</mo></mrow><msub><mi>G</mi><mrow><msub><mi>x</mi><mn>1</mn></msub><msub><mi>x</mi><mn>2</mn></msub></mrow></msub><mrow><mo>(</mo><mi>f</mi><mo>)</mo></mrow></mrow>又因?yàn)榛ハ嚓P(guān)函數(shù)與互功率譜函數(shù)之間是一對(duì)傅里葉變換的關(guān)系，因此相關(guān)函數(shù)的輸出為<mrow><msub><mover><mi>R</mi><mo>^</mo></mover><mrow><msub><mi>x</mi><mn>1</mn></msub><msub><mi>x</mi><mn>2</mn></msub></mrow></msub><mrow><mo>(</mo><mi>&tau;</mi><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><munderover><mo>&Integral;</mo><mrow><mo>-</mo><mo>&infin;</mo></mrow><mo>&infin;</mo></munderover><msub><mi>&psi;</mi><mn>12</mn></msub><msub><mover><mi>G</mi><mo>^</mo></mover><mrow><msub><mi>x</mi><mn>1</mn></msub><msub><mi>x</mi><mn>2</mn></msub></mrow></msub><mrow><mo>(</mo><mi>f</mi><mo>)</mo></mrow><msup><mi>e</mi><mrow><mi>j</mi><mn>2</mn><mi>&pi;f&tau;</mi></mrow></msup><mi>df</mi></mrow>ML(最大似然)權(quán)函數(shù)為其中，|γ(f)|2為兩麥克接受信號(hào)的模平方相干函數(shù)，表達(dá)式為<mrow><msup><mrow><mo>|</mo><mi>&gamma;</mi><mrow><mo>(</mo><mi>f</mi><mo>)</mo></mrow><mo>|</mo></mrow><mn>2</mn></msup><mo>=</mo><mfrac><msup><mrow><mo>|</mo><msub><mi>G</mi><mrow><msub><mi>x</mi><mn>1</mn></msub><msub><mi>x</mi><mn>2</mn></msub></mrow></msub><mrow><mo>(</mo><mi>f</mi><mo>)</mo></mrow><mo>|</mo></mrow><mn>2</mn></msup><mrow><msub><mi>G</mi><mrow><msub><mi>x</mi><mn>1</mn></msub><msub><mi>x</mi><mn>1</mn></msub></mrow></msub><mrow><mo>(</mo><mi>f</mi><mo>)</mo></mrow><msub><mi>G</mi><mrow><msub><mi>x</mi><mn>2</mn></msub><msub><mi>x</mi><mn>2</mn></msub></mrow></msub><mrow><mo>(</mo><mi>f</mi><mo>)</mo></mrow></mrow></mfrac></mrow>和分別表示信號(hào)的自功率譜和互功率譜，x1為通道1信號(hào)，x2為通道2信號(hào)；步驟三采用自適應(yīng)Gaussian變異遺傳算法對(duì)雙曲線定位方程組進(jìn)行優(yōu)化，(1)變量初始變化空間和編碼，由于聲傳感器的探測(cè)半徑為12m，變量對(duì)應(yīng)的范圍設(shè)定為[-12，12]，對(duì)于泄漏定位多維、高精度要求的連續(xù)函數(shù)優(yōu)化問題，二進(jìn)制編碼可量測(cè)性不強(qiáng)，不直觀，且不是因?yàn)樽址L(zhǎng)而導(dǎo)致遺傳算法訓(xùn)練的解空間過大，尋優(yōu)時(shí)間很長(zhǎng)，就是因?yàn)樽址?，使?quán)值表達(dá)精度不夠，因此我們采用浮點(diǎn)數(shù)編碼方式。浮點(diǎn)數(shù)編碼中，個(gè)體的每個(gè)基因值用某一范圍內(nèi)的一個(gè)浮點(diǎn)數(shù)來表示，個(gè)體的編碼長(zhǎng)度等于其決策變量的個(gè)數(shù)，將每個(gè)染色體的基因X，疊加了與這個(gè)分量相關(guān)的擾動(dòng)的偏差；這種隨機(jī)擾動(dòng)的分布特性既充分保證了變異的精細(xì)搜索能力，又保證了變異以較大的步距來改變解向量的各個(gè)分量，從而提供了使搜索過程脫離局部最優(yōu)點(diǎn)的可能性；(2)隨機(jī)生成初始父代群體，群體規(guī)模大小popsize(Ps)＝100，分別在X向量各維分量的取值范圍內(nèi)以均勻分布隨機(jī)地取值，得到初始解向量X0，并取σ向量賦初值σ0＝0.3；(3)父代個(gè)體的適應(yīng)度評(píng)價(jià)，定義第i個(gè)父代個(gè)體的適應(yīng)度函數(shù)值為Fi＝fi(x，y，z)2i＝1，2，Lpsfi(x，y，z)為上述步驟一中的函數(shù)；ps為群體規(guī)模大小，本步驟中(2)已經(jīng)給出；(4)父代個(gè)體的概率選擇，取比例選擇方式，則個(gè)體i的選擇概率為<mrow><msub><mi>p</mi><mi>i</mi></msub><mo>=</mo><mfrac><msub><mi>F</mi><mi>i</mi></msub><mrow><munderover><mi>&Sigma;</mi><mrow><mi>i</mi><mo>=</mo><mn>1</mn></mrow><mi>ps</mi></munderover><msub><mi>F</mi><mi>i</mi></msub></mrow></mfrac></mrow>(5)父代個(gè)體的雜交，從父代群體中以上述的方式選擇兩個(gè)個(gè)體，按事先給定的雜交概率Pc＝0.8，確定是否要進(jìn)行交叉運(yùn)算，若要進(jìn)行交叉的話，在[1，2]區(qū)間內(nèi)產(chǎn)生一個(gè)均勻分布的隨機(jī)整數(shù)jcross，兩個(gè)被選擇的染色體交換第jcross位基因后面的染色體片斷；(6)子代個(gè)體的變異。變異算子最主要起細(xì)粒度搜索作用，同時(shí)還要賦予搜索以跳離局部極小點(diǎn)的能力，這就要求每一位基因通過變異得到的等位基因以較大的概率密度分布在基因原值的附近，并在離基因原值較遠(yuǎn)的地方的分布也具有一定的概率密度，由于我們?cè)诙嗑S遺傳搜索中采用了十進(jìn)制浮點(diǎn)數(shù)基因表示方式，因此采用簡(jiǎn)單遺傳算法的位變異操作來進(jìn)行基因的突變顯然是不恰當(dāng)?shù)?；搜索的每個(gè)解向量包含了一個(gè)擾動(dòng)向量σ＝[σx，σy，σz]T，這個(gè)擾動(dòng)向量給出了如何對(duì)x進(jìn)行變異的信息，并且其本身也是要進(jìn)行變異的。我們采用下式以變異概率Pm＝0.3對(duì)父代解向量(X，σ)進(jìn)行變異，得到子代解向量(X′，σ′)σ′i＝σiexp[αN(0，1)+βNi(0，1)]X′i＝Xi+N(0，σ′i)i＝x，y，z這里N(0，1)表示一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的Gaussain隨機(jī)變量，Ni(0，1)表示對(duì)應(yīng)于Xi的獨(dú)立的標(biāo)準(zhǔn)Gaussain隨機(jī)擾動(dòng)；常數(shù)α，β是這個(gè)變異算子的參數(shù)，分別定義了整個(gè)σ向量的搜索步長(zhǎng)及其各維分量σi的搜索步長(zhǎng)；(7)進(jìn)化迭代，由步驟(6)得到的n個(gè)子代個(gè)體作為新的父代，算法轉(zhuǎn)入步驟(3)，進(jìn)入下一次進(jìn)化過程，如此循環(huán)往復(fù)使得個(gè)體逼近最優(yōu)點(diǎn)；(8)聲源空間位置固定，選定誤差線度為0.1us與0.01us級(jí)，延時(shí)誤差每變化0.2us與0.02us利用加速遺傳算法得到定位結(jié)果，計(jì)算空間坐標(biāo)x，y，z的誤差如圖所示。由圖可知當(dāng)時(shí)延誤差在0.1us級(jí)時(shí)，平面四元陣列空間坐標(biāo)定位誤差很大無法實(shí)現(xiàn)泄漏目標(biāo)的定位，而立體四元陣列的定位誤差最大為1.22m；當(dāng)時(shí)延誤差在0.01us級(jí)時(shí)，平面四元陣列空間坐標(biāo)定位誤差最大為0.79m，而立體四元陣列的定位誤差最大為0.09m。FSA00000073832900022.tif,FSA00000073832900024.tif,FSA00000073832900025.tif,FSA00000073832900032.tif全文摘要本發(fā)明公開了屬于火力發(fā)電機(jī)組的鍋爐管道泄漏探測(cè)定位
技術(shù)領(lǐng)域：
的涉及火力發(fā)電機(jī)組的鍋爐內(nèi)水冷壁、過熱器、再熱器和省煤器受熱面管道泄漏的一種立體四元陣列電站鍋爐承壓管泄漏的精確定位方法。根據(jù)電站鍋爐的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)設(shè)計(jì)出了立體四元鍋爐承壓管泄漏精確定位傳聲器陣列及其在爐膛中的布置，通過ML廣義互相關(guān)得到時(shí)間遲延估計(jì)，并采用十進(jìn)制浮點(diǎn)編碼自適應(yīng)Gaussian高斯變異算法實(shí)現(xiàn)鍋爐承壓管泄漏的精確位置確定，具有高精度和穩(wěn)健性。文檔編號(hào)G01M3/24GK101813545SQ20101014312公開日2010年8月25日申請(qǐng)日期2010年4月7日優(yōu)先權(quán)日2010年4月7日發(fā)明者呂勇興,安連鎖,沈國(guó)清,王鵬申請(qǐng)人:華北電力大學(xué)