一種爐管洩漏聲學監測定位方法及裝置的製作方法
2023-05-27 19:15:26
專利名稱：一種爐管洩漏聲學監測定位方法及裝置的製作方法
技術領域：
本發明屬於鍋爐爐膛內洩露定位技術領域，尤其涉及一種爐管洩漏聲學監測定位方法及裝置。
背景技術：
火電站鍋爐爐膛管道洩露嚴重危害了電站的安全、經濟運行，現有的技術已能在爐膛爆管時在線監測到洩露，但大多無法精確定位。專利US496079、CN2253^9中的監測技術採用在爐膛壁面布置大量測點的方法，只能提供以測點為圓心，半徑為10米的範圍的粗略的定位。專利CN101799533A定位精度差，抗擾動能力差、專利CN101813M5A中存在算法需要迭代運行時間長，且依然存在精度問題，並且這兩個專利中所提及的時延算法並沒有考慮到實際測量中時間延時值不能為負的情況。在測量中如果不選取離聲源較近的傳感器為基準傳感器，則理論時延值必定有負值出現，並且基準傳感器離聲源較遠會導致測量結果不準，誤差大。針對專利CN101813M5A中的測點布置情況，因為，爐膛內環境複雜，而洩露信號為高頻信號，容易衰減，湮沒在爐膛背景信號中，若採用立體陣列的間距過大會導致測量出的時間延時值誤差大或無法測量。
發明內容
針對上述背景技術中提到的現有洩漏測定方法精度不高，不能在線監測等不足， 本發明提出了一種爐管洩漏聲學監測定位方法及裝置。本發明的技術方案是，一種爐管洩漏聲學監測定位裝置，其特徵是該裝置包括信號調理器、採集卡、電腦和至少四個傳感器；所述傳感器置於鍋爐爐壁外側，每個傳感器分別與信號調理器連接；信號調理器與採集卡連接；採集卡與電腦連接。所述傳感器的型號為MPA201。所述信號調理器的型號為MC104。所述採集卡的型號為NI-PCI6221。一種爐管洩漏聲學監測定位方法，其特徵是該方法包括以下步驟步驟1 通過傳感器測量並求得洩漏信號的雙曲面方程組；步驟2 選取測得的聲壓級最大的傳感器作為基準傳感器，得到其他傳感器的坐標值；步驟3 對洩漏信號進行濾波，並求得其他傳感器和基準傳感器的互相關延時估計；步驟4 根據各個傳感器的坐標值，採用指定算法對雙曲面方程組進行優化，進而求得洩漏點的坐標。所述雙曲面方程組為
I I sensori-S | -1 sensor j-S | | =CTij.其中sensori為第i個傳感器的坐標；sensor j為第j個傳感器的坐標；S為洩漏點坐標；c為當地聲速；τ u為第i個傳感器和第j個傳感器收集到洩漏信號的時間延時值。所述互相關延時估計的計算公式為Rij ( τ ) =E [Xi (η) Xj (η- τ )]其中Rij為信號i和信號j的互相關延時估計；Xj (η- τ )為基準傳感器對應的信號；Xi(Ii)為其餘傳感器對應的信號。所述指定算法為CHAN算法。本發明突破性的設計了以測量聲壓級的方法來選擇基準傳感器，從而避免了理論值中的負延時值在實際測量中無法實現的問題。並且將蜂窩網絡中的CHAN算法引入到爐膛內三維定位技術，重新設計了爐膛測點的布置，提高了定位精度，且具有一定的抗擾動能力，算法不需要迭代，能實現在線監測定位。本發明在不增加傳感器個數的情況下改變測點布置來得到更精確的時間延時值，維持了定位結果的準確性，即定位精度。
圖1為基於CHAN算法的立體陣列傳感器三維相對坐標分布；圖2為600麗鍋爐新型測點分布圖；圖3為基於CHAN算法的爐管洩漏聲學監測定位系統圖；圖4為傳感器測得爐膛內管道洩露時間延時估計圖；圖a為τ21互相關圖；圖b為τ ^互相關圖；圖c為τ 41互相關圖。
具體實施例方式下面結合附圖，對優選實施例作詳細說明。應該強調的是，下述說明僅僅是示例性的，而不是為了限制本發明的範圍及其應用。本發明的目的為提供了一種爐管洩漏聲學監測定位方法及裝置；在火電站鍋爐爐管洩露後能監測的洩露的精確位置，從而縮短了維修時間，節省人力、物力，為電站鍋爐的安全經濟運行提供了保障。本發明包括信號調理器、採集卡、電腦和至少四個傳感器，其連接關係為傳感器置於鍋爐爐壁外側，每個傳感器分別與信號調理器連接；信號調理器與採集卡連接；採集卡與電腦連接。其中，傳感器的型號都為ΜΡΑ201，信號調理器的型號為 MC104，採集卡的型號為NI-PCI6221。本發明具體步驟為步驟一測量洩露點三維坐標至少四隻傳感器，而CHAN算法應用的是異面陣列，本算法採用一種新型的立體四元陣列。在爐膛其中一段區域布置由四隻傳感器組成的異面陣列。得出洩露點的雙曲面方程組I I sensori-S | -1 sensor j-S | | = c τ其中sensori為第i個傳感器的坐標；sensorj為第j個傳感器的坐標；S為洩漏點坐標；c為當地聲速；τ u為第i個傳感器和第j個傳感器收集到洩漏信號的時間延時值。步驟二 選取基準傳感器。由Labview調用matlab程序，將四隻傳感器中測得聲壓級最大的傳感器標定為基準傳感器。將基準傳感器所在位置定為坐標原點，參考四隻傳感器相對位置，依次得出相應基準點下的各傳感器坐標值。採用左手準則，大拇指指向Y軸，四指指向X軸方向。假設聲源離第一傳感器較近，則有坐標第一傳感器sensori (0，0，0)，第二傳感器 sensor2 (0，Y，0)，第三傳感器 sensor3 (-X/2，Υ/2，Ζ)，第四傳感器 sensor4 (Χ/2, Υ/2, Ζ)；假設聲源離傳感器2較近，則有坐標第一傳感器sensori (0，_Y，0)，第二傳感器 sensor2(0，0，0)，第三傳感器 sensor3 (-X/2，-Υ/2，Ζ)，第四傳感器 sensor4(X/2，Y/2， Ζ)；假設聲源離傳感器3較近，則有坐標第一傳感器sensori (Χ/2，-Υ/2，_Ζ)，第二傳感器 sensor2(X/2，Υ/2, -Ζ)，第三傳感器 sensor3 (0，0，0)，第四傳感器 sensor4 (X，0，0)； 假設聲源離傳感器4較近，則有坐標第一傳感器sensori (-X/2，-Y/2，-Z)，第二傳感器 sensor2(-X/2, Υ/2, -Ζ)，第三傳感器 sensor3 (-X，0，0)，第四傳感器 sensor4 (0,0,0)。步驟三對濾波後的信號進行互相關取得個傳感器與基準傳感器的時間延時估計值。由Labview濾波後，將信號與基準信號進行互相關估計，採用求期望的方法，兩信號的互相關延時估計為Rij ( τ ) =E [Xi (η) Xj (η- τ )]其中Rij為信號i和信號j的互相關延時估計；Xj (η- τ )為基準傳感器對應的信號；Xi(Ii)為其餘傳感器對應的信號。當Iiij ( τ )取得最值時，τ = τ廠τ」，即為兩傳感器時延值。步驟四採用CHAN算法對相應基準點所得的雙曲面方程組進行優化。在此假設第一傳感器sensori為基準傳感器。因此四隻傳感器的坐標值為第一傳感器sensori (0， 0，0)，第二傳感器sens0r2(0，Y，0)，第三傳感器sens0r3(-X/2，Υ/2, Ζ)，第四傳感器 sensor4(X/2，Υ/2，Ζ)。貝Ij R1 = ^(X1-x) + (Y1-y) + (Zi-z)其中Ri為洩漏點到第i個傳感器的距離；(Xi, Yi, Zi)為第i個傳感器的坐標；(x, y, ζ)為洩露點坐標。有CHAN優化算法對雙曲面方程組優化後得到
權利要求
1.一種爐管洩漏聲學監測定位裝置，其特徵是該裝置包括信號調理器、採集卡、電腦和至少四個傳感器；所述傳感器置於鍋爐爐壁外側，每個傳感器分別與信號調理器連接；信號調理器與採集卡連接；採集卡與電腦連接。
2.根據權利要求1所述的一種爐管洩漏聲學監測定位裝置，其特徵是所述傳感器的型號為 MPA201。
3.根據權利要求1所述的一種爐管洩漏聲學監測定位裝置，其特徵是所述信號調理器的型號為MC104。
4.根據權利要求1所述的一種爐管洩漏聲學監測定位裝置，其特徵是所述採集卡的型號為 NI-PCI6221。
5.一種利用權利要求1所述的一種爐管洩漏聲學監測定位裝置進行監測定位的方法， 其特徵是該方法包括以下步驟步驟1 通過傳感器測量並求得洩漏信號的雙曲面方程組；步驟2 選取測得的聲壓級最大的傳感器作為基準傳感器，得到其他傳感器的坐標值； 步驟3 對洩漏信號進行濾波，並求得其他傳感器和基準傳感器的互相關延時估計； 步驟4 根據各個傳感器的坐標值，採用指定算法對雙曲面方程組進行優化，進而求得洩漏點的坐標。
6.根據權利要求5所述的監測定位的方法，其特徵是所述雙曲面方程組為I I sensori-S | | -1 | sensor j-S | | = c τ其中sensori為第i個傳感器的坐標； sensorj為第j個傳感器的坐標； S為洩漏點坐標； c為當地聲速；τu為第i個傳感器和第j個傳感器收集到洩漏信號的時間延時值。
7.根據權利要求5所述的監測定位的方法，其特徵是所述互相關延時估計的計算公式為Rij(T) = E [Xi (n) Xj(n-T)]其中Rij為信號i和信號j的互相關延時估計； Xj (η- τ )為基準傳感器對應的信號； Xi(Il)為其餘傳感器對應的信號。
8.根據權利要求5所述的監測定位的方法，其特徵是所述指定算法為CHAN算法。
全文摘要
本發明公開了鍋爐爐膛內洩露定位技術領域中的一種爐管洩漏聲學監測定位方法及裝置。本發明通過傳感器測量並求得洩漏信號的雙曲面方程組；選取測得的聲壓級最大的傳感器作為基準傳感器，得到其他傳感器的坐標值；然後對洩漏信號進行濾波，並求得其他傳感器和基準傳感器的時間延時估計值；最後根據各個傳感器的坐標值，採用CHAN算法對雙曲面方程組進行優化，進而求得洩漏點的坐標。本發明以測量聲壓級的方法來選擇基準傳感器，從而避免了理論值中的負延時值在實際測量中無法實現的問題；採用三維定位技術，提到了定位精度，實現了在線監測定位。
文檔編號G01M3/24GK102410525SQ201110256728
公開日2012年4月11日 申請日期2011年9月1日 優先權日2011年9月1日
發明者馮強, 安連鎖, 張世平, 沈國清, 王鵬 申請人:華北電力大學