專利名稱：基于聲學(xué)法的燃?xì)廨啓C(jī)入口通道溫度場(chǎng)測(cè)量裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電力設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于聲學(xué)法的燃?xì)廨啓C(jī)入口通道溫度場(chǎng)測(cè)量裝置及方法。
背景技術(shù)：
對(duì)于燃?xì)廨啓C(jī)，由于近年來燃機(jī)的發(fā)展，目前燃機(jī)透平進(jìn)口溫度已超過1200° C，高溫高壓氣體是通過燃?xì)馔ǖ琅c透平相連接，直接對(duì)透平入口溫度進(jìn)行測(cè)量并實(shí)施監(jiān)控還無法實(shí)現(xiàn)?，F(xiàn)在普遍采用在燃?xì)鈱?dǎo)管的一些較低溫度區(qū)域，安裝若干熱電偶，測(cè)量該處的溫度，并通過該測(cè)量溫度與燃機(jī)透平進(jìn)口溫度的關(guān)系，間接監(jiān)測(cè)控制燃機(jī)透平進(jìn)口溫度。這種對(duì)高溫高壓氣體溫度逐點(diǎn)測(cè)量的方法，在獲取實(shí)際溫度場(chǎng)數(shù)據(jù)時(shí)，受熱材料元件高溫性能限制，只能做短時(shí)間測(cè)量，同時(shí)熱電偶的介入，或多或少的影響到高溫高壓氣體的流動(dòng)均勻 性，并且現(xiàn)場(chǎng)就地操作量大，實(shí)時(shí)性差。近年來，國(guó)內(nèi)外不少學(xué)者利用計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)、光學(xué)層析技術(shù)等手段來測(cè)量溫度分布，取得了一定進(jìn)展，但始終未取得令人滿意的結(jié)果。燃?xì)廨啓C(jī)的透平入口溫度對(duì)機(jī)組的性能影響較大，提高入口溫度，可提高機(jī)組的效率。溫度控制基準(zhǔn)的準(zhǔn)確性，將影響到機(jī)組入口溫度的控制，從而影響到機(jī)組的性能，同時(shí)，高溫高壓氣體在通道中容易發(fā)生溫度分布不均的狀況，高溫高壓氣體的溫度分布是否均勻，直接關(guān)系著燃?xì)廨啓C(jī)的轉(zhuǎn)子及葉片所受的應(yīng)力、應(yīng)變。因此，為保證機(jī)組安全、穩(wěn)定運(yùn)行，提高機(jī)組使用壽命和提高機(jī)組效率，對(duì)于透平入口溫度需要一種更加完善的測(cè)量系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述背景技術(shù)中提到的目前采用的測(cè)量方法，在測(cè)量的便捷性和實(shí)施性方面存在的限制，本發(fā)明提出了一種基于聲學(xué)法的燃?xì)廨啓C(jī)入口通道溫度場(chǎng)測(cè)量裝置及方法。一種基于聲學(xué)法的燃?xì)廨啓C(jī)入口通道溫度場(chǎng)測(cè)量裝置，其特征在于，所述裝置包括信號(hào)發(fā)生模塊、超聲波傳感器陣列、相位差分析模塊、開關(guān)模塊、圖像分析模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、成像模塊、警報(bào)模塊和聲速分析模塊；所述信號(hào)發(fā)生模塊包括直接數(shù)字式頻率合成器DDS和PCI數(shù)據(jù)采集卡；所述相位差分析模塊包括運(yùn)放芯片和增益/相位檢測(cè)器；其中，所述直接數(shù)字式頻率合成器DDS分別與所述超聲波傳感器陣列和運(yùn)放芯片連接，用于產(chǎn)生正弦激勵(lì)信號(hào)，并將其分別傳輸給超聲波傳感器陣列和運(yùn)放芯片；所述超聲波傳感器陣列、開關(guān)模塊、增益/相位檢測(cè)器、運(yùn)放芯片、數(shù)據(jù)采集模塊、聲速分析模塊、成像模塊和圖像分析模塊順次連接；所述超聲波傳感器陣列用于接收正弦激勵(lì)信號(hào)，并將超聲波信號(hào)通過開關(guān)模塊傳輸至增益/相位檢測(cè)器；所述增益/相位檢測(cè)器用于得到超聲波信號(hào)與參考波的相位差信息；所述運(yùn)放芯片用于將直接數(shù)字式頻率合成器DDS傳來的正弦激勵(lì)信號(hào)進(jìn)行處理，并將處理后的正弦激勵(lì)信號(hào)傳給增益/相位檢測(cè)器作為參考波；所述數(shù)據(jù)采集模塊用于采集相位差信息，并傳給聲速分析模塊；所述聲速分析模塊根據(jù)相位差信息，得出平均聲速數(shù)據(jù)；所述成像模塊用于得到溫度分布圖像；
所述圖像分析模塊分別與所述PCI數(shù)據(jù)采集卡、成像模塊和警報(bào)模塊連接；用于得到溫度分布狀況。所述超聲波傳感器陣列包括若干個(gè)超聲波傳感器；所述超聲波傳感器既作為超聲波發(fā)射器或超聲波接收器。一種基于聲學(xué)法的燃?xì)廨啓C(jī)入口通道溫度場(chǎng)測(cè)量裝置的測(cè)量方法，其特征包括以下步驟步驟I :將隔熱材料貼在燃?xì)馔ǖ赖耐鈬?，將超聲波傳感器陣列緊貼在隔熱材料上；步驟2 :信號(hào)發(fā)生模塊產(chǎn)生正弦激勵(lì)信號(hào)，分為兩路；將一路傳輸給超聲波傳感器陣列，并選擇超聲波傳感器陣列中的一個(gè)超聲波傳感器作為超聲波發(fā)射器，其余的超聲波傳感器作為超聲波接收器；另一路傳輸給運(yùn)放芯片，并將正弦激勵(lì)信號(hào)縮小設(shè)定倍數(shù)作為參考波輸入給增益/相位檢測(cè)器； 步驟3 :當(dāng)超聲波接收器接收到超聲波信號(hào)后，開關(guān)打開，增益/相位檢測(cè)器將所有超聲波接收器傳來的信號(hào)與參考波比較，得到一組相位差信息，并將這組相位差信息傳輸至數(shù)據(jù)采集模塊；步驟4 :數(shù)據(jù)采集模塊將所有相位差信息傳輸給聲速分析模塊，根據(jù)該組相位差信息，得出平均聲速數(shù)據(jù)，并存儲(chǔ)至圖像處理模塊；作為超聲換能器陣列的其中一組數(shù)據(jù)；步驟5 :根據(jù)超聲發(fā)生器的時(shí)鐘信號(hào)，依次選擇傳超聲感器陣列的每一個(gè)超聲波傳感器作為發(fā)射器，遍歷整個(gè)超聲波傳感器陣列，循環(huán)執(zhí)行步驟2 步驟4，建立超聲換能器陣列數(shù)據(jù)組，傳輸至成像模塊；步驟6 :成像模塊制作出圖像后輸入至圖像分析模塊，利用數(shù)據(jù)進(jìn)行成像分析，得出溫度分布狀態(tài)結(jié)果；若溫度場(chǎng)正常，則返回信號(hào)發(fā)生模塊繼續(xù)循環(huán)監(jiān)測(cè)，若溫度場(chǎng)異常，則通過警報(bào)模塊通知工作人員檢查燃?xì)廨啓C(jī)導(dǎo)管工作狀態(tài)。本發(fā)明的有益效果是，本發(fā)明用超聲波能夠全面測(cè)量燃?xì)夤艿滥骋唤孛娴臏囟?，并且采用非介入式方法，避免了熱電偶?duì)氣體流動(dòng)的干擾，并且可以進(jìn)一步得到溫度分布的圖像，為燃?xì)馔ǖ纼?nèi)的溫度場(chǎng)提供準(zhǔn)確的依據(jù)。


圖I是本發(fā)明提供的一種基于聲學(xué)法的燃?xì)廨啓C(jī)入口通道溫度場(chǎng)測(cè)量裝置的系統(tǒng)框圖；圖2是本發(fā)明提供的一種基于聲學(xué)法的燃?xì)廨啓C(jī)入口通道溫度場(chǎng)測(cè)量裝置的超聲波傳感器陣列分布圖；圖3是本發(fā)明提供的一種基于聲學(xué)法的燃?xì)廨啓C(jī)入口通道溫度場(chǎng)測(cè)量裝置的超聲波傳感器布置方式示意圖；其中，I-燃?xì)馔ǖ劳獗冢?-隔熱材料層；3_超聲波傳感器；4-信號(hào)發(fā)生模塊/相位差分析模塊連接端；5_地線。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖，對(duì)優(yōu)選實(shí)施例作詳細(xì)說明。應(yīng)該強(qiáng)調(diào)的是下述說明僅僅是示例性的，而不是為了限制本發(fā)明的范圍及其應(yīng)用。圖I是本發(fā)明提供的一種基于聲學(xué)法的燃?xì)廨啓C(jī)入口通道溫度場(chǎng)測(cè)量裝置的系統(tǒng)框圖。圖I中，一種基于聲學(xué)法的燃?xì)廨啓C(jī)入口通道溫度場(chǎng)測(cè)量裝置，所述裝置包括信號(hào)發(fā)生模塊、超聲波傳感器陣列、相位差分析模塊、開關(guān)模塊、圖像分析模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、成像模塊、警報(bào)模塊和聲速分析模塊；所述信號(hào)發(fā)生模塊包括直接數(shù)字式頻率合成器DDS和PCI數(shù)據(jù)采集卡；所述相位差分析模塊包括運(yùn)放芯片和增益/相位檢測(cè)器；所述超聲波傳感器陣列包括若干個(gè)超聲波傳感器；其中，所述直接數(shù)字式頻率合成器DDS分別與所述超聲波傳感器陣列和運(yùn)放芯片連接，用于產(chǎn)生正弦激勵(lì)信號(hào)，并將其分別傳輸給超聲波傳感器陣列和運(yùn)放芯片；所述超聲波傳感器陣列、開關(guān)模塊、增益/相位檢測(cè)器、運(yùn)放芯片、數(shù)據(jù)采集模塊、聲速分析模塊、成像模塊和圖像分析模塊順次連接；所述超聲波傳感器陣列用于接收正弦激勵(lì)信號(hào)，并將其中一個(gè)超聲波傳感器作為超聲波發(fā)生器產(chǎn)生超聲波信號(hào)，其余的超聲波傳感器作為超聲波接收器接收超聲波信號(hào)，并將超聲波信號(hào)通過開關(guān)模塊傳輸至增益/相·位檢測(cè)器；所述增益/相位檢測(cè)器用于得到超聲波信號(hào)與參考波的相位差信息；所述運(yùn)放芯片用于將直接數(shù)字式頻率合成器DDS傳來的正弦激勵(lì)信號(hào)進(jìn)行處理，并將處理后的正弦激勵(lì)信號(hào)傳給增益/相位檢測(cè)器作為參考波；所述數(shù)據(jù)采集模塊用于采集相位差信息，并傳給聲速分析模塊；所述聲速分析模塊根據(jù)相位差信息，得出平均聲速數(shù)據(jù)；所述成像模塊用于得到溫度分布圖像；所述圖像分析模塊分別與所述PCI數(shù)據(jù)采集卡、成像模塊和警報(bào)模塊連接；用于得到具體溫度分布狀況。圖2是本發(fā)明提供的一種基于聲學(xué)法的燃?xì)廨啓C(jī)入口通道溫度場(chǎng)測(cè)量裝置的超聲波傳感器陣列分布圖。圖2中，I為燃?xì)馊肟谕ǖ劳獗?，隔熱材?貼在燃?xì)馔ǖ赖耐鈬暡▊鞲衅鞒?緊貼在隔熱材料2上，減少超聲波在空氣中傳播的損耗。由于加入了隔熱材料，避免了超聲換能器由于溫度過高而發(fā)生損壞。圖3是本發(fā)明提供的一種基于聲學(xué)法的燃?xì)廨啓C(jī)入口通道溫度場(chǎng)測(cè)量裝置的超聲波傳感器布置方式示意圖。圖3中，燃?xì)馔ǖ劳獗?，包裹著整個(gè)待測(cè)區(qū)域，隔熱材料2，一側(cè)緊貼在通道壁面另一側(cè)與超聲換能器緊密接觸，為避免超聲換能器收到高溫?fù)p壞，超聲波傳感器3收發(fā)超聲波信號(hào)，獲取超聲波信號(hào)數(shù)據(jù)，通過信號(hào)發(fā)生模塊/相位分析模塊連接端4，為超聲波傳感器提供發(fā)射指令和接收指令，被選作超聲波發(fā)射器的超聲波傳感器通過信號(hào)發(fā)生模塊/相位分析模塊連接端4連接信號(hào)發(fā)生模塊，其余作為超聲波接收器的超聲波傳感器通過4連接相位差分析模塊。以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式
，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種基于聲學(xué)法的燃?xì)廨啓C(jī)入口通道溫度場(chǎng)測(cè)量裝置，其特征在于，所述裝置包括信號(hào)發(fā)生模塊、超聲波傳感器陣列、相位差分析模塊、開關(guān)模塊、圖像分析模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、成像模塊、警報(bào)模塊和聲速分析模塊；所述信號(hào)發(fā)生模塊包括直接數(shù)字式頻率合成器DDS和PCI數(shù)據(jù)采集卡；所述相位差分析模塊包括運(yùn)放芯片和增益/相位檢測(cè)器； 其中，所述直接數(shù)字式頻率合成器DDS分別與所述超聲波傳感器陣列和運(yùn)放芯片連接，用于產(chǎn)生正弦激勵(lì)信號(hào)，并將其分別傳輸給超聲波傳感器陣列和運(yùn)放芯片； 所述超聲波傳感器陣列、開關(guān)模塊、增益/相位檢測(cè)器、運(yùn)放芯片、數(shù)據(jù)采集模塊、聲速分析模塊、成像模塊和圖像分析模塊順次連接；所述超聲波傳感器陣列用于接收正弦激勵(lì)信號(hào)，并將超聲波信號(hào)通過開關(guān)模塊傳輸至增益/相位檢測(cè)器；所述增益/相位檢測(cè)器用于得到超聲波信號(hào)與參考波的相位差信息；所述運(yùn)放芯片用于將直接數(shù)字式頻率合成器DDS傳來的正弦激勵(lì)信號(hào)進(jìn)行處理，并將處理后的正弦激勵(lì)信號(hào)傳給增益/相位檢測(cè)器作為參考波；所述數(shù)據(jù)采集模塊用于采集相位差信息，并傳給聲速分析模塊；所述聲速分析模塊根據(jù)相位差信息，得出平均聲速數(shù)據(jù)；所述成像模塊用于得到溫度分布圖像； 所述圖像分析模塊分別與所述PCI數(shù)據(jù)采集卡、成像模塊和警報(bào)模塊連接；用于得到具體溫度分布狀況。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于聲學(xué)法的燃?xì)廨啓C(jī)入口通道溫度場(chǎng)測(cè)量裝置，其特征在于，所述超聲波傳感器陣列包括若干個(gè)超聲波傳感器；所述超聲波傳感器作為超聲波發(fā)射器或超聲波接收器。
3.一種基于聲學(xué)法的燃?xì)廨啓C(jī)入口通道溫度場(chǎng)測(cè)量方法，其特征包括以下步驟 步驟I :將隔熱材料貼在燃?xì)馔ǖ赖耐鈬瑢⒊暡▊鞲衅麝嚵芯o貼在隔熱材料上； 步驟2 :信號(hào)發(fā)生模塊產(chǎn)生正弦激勵(lì)信號(hào)，分為兩路；將一路傳輸給超聲波傳感器陣列，并選擇超聲波傳感器陣列中的一個(gè)超聲波傳感器作為超聲波發(fā)射器，其余的超聲波傳感器作為超聲波接收器；另一路傳輸給運(yùn)放芯片，并將正弦激勵(lì)信號(hào)縮小設(shè)定倍數(shù)作為參考波輸入給增益/相位檢測(cè)器； 步驟3 :當(dāng)超聲波接收器接收到超聲波信號(hào)后，開關(guān)打開，增益/相位檢測(cè)器將所有超聲波接收器傳來的信號(hào)與參考波比較，得到一組相位差信息，并將這組相位差信息傳輸至數(shù)據(jù)采集模塊； 步驟4 :數(shù)據(jù)采集模塊將所有相位差信息傳輸給聲速分析模塊，根據(jù)該組相位差信息，得出平均聲速數(shù)據(jù)，并存儲(chǔ)至圖像處理模塊；作為超聲換能器陣列的其中一組數(shù)據(jù)； 步驟5 :根據(jù)超聲發(fā)生器的時(shí)鐘信號(hào)，依次選擇傳超聲感器陣列的每一個(gè)超聲波傳感器作為發(fā)射器，遍歷整個(gè)超聲波傳感器陣列，循環(huán)執(zhí)行步驟2 步驟4，建立超聲換能器陣列數(shù)據(jù)組，傳輸至成像模塊； 步驟6 :成像模塊制作出圖像后輸入至圖像分析模塊，將數(shù)據(jù)進(jìn)行成像分析，得出溫度分布狀態(tài)結(jié)果；若溫度場(chǎng)正常，則返回信號(hào)發(fā)生模塊繼續(xù)循環(huán)監(jiān)測(cè)，若溫度場(chǎng)異常，則通過警報(bào)模塊通知工作人員檢查燃?xì)廨啓C(jī)高溫高壓燃?xì)馊肟谕ǖ拦ぷ鳡顟B(tài)。
全文摘要
本發(fā)明公開了電力設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)領(lǐng)域的一種基于聲學(xué)法的燃?xì)廨啓C(jī)入口通道溫度場(chǎng)測(cè)量裝置及方法。一種基于聲學(xué)法的燃?xì)廨啓C(jī)入口通道溫度場(chǎng)測(cè)量裝置，其技術(shù)方案是，所述裝置包括信號(hào)發(fā)生模塊、超聲波傳感器陣列、相位差分析模塊、開關(guān)模塊、圖像分析模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、成像模塊、警報(bào)模塊和聲速分析模塊；所述信號(hào)發(fā)生模塊包括直接數(shù)字式頻率合成器DDS和PCI數(shù)據(jù)采集卡；所述相位差分析模塊包括運(yùn)放芯片和增益/相位檢測(cè)器。本發(fā)明用超聲波能夠全面測(cè)量燃?xì)馔ǖ滥骋唤孛娴臏囟葓?chǎng)，并且采用非介入式方法，避免了熱電偶對(duì)氣體流動(dòng)的干擾，并且可以進(jìn)一步得到溫度分布的圖像，為燃?xì)夤艿纼?nèi)的溫度場(chǎng)提供準(zhǔn)確的依據(jù)。
文檔編號(hào)G01N29/14GK102818853SQ20121028549
公開日2012年12月12日 申請(qǐng)日期2012年8月10日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月10日
發(fā)明者劉石, 任思源 申請(qǐng)人:華北電力大學(xué)