[發(fā)明專利]基于聲學(xué)技術(shù)的空冷島翅片管束溫度測量裝置及其方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810372138.2
• 申請日: 2018-04-24
• 公開（公告）號: CN108680274B
• 公開（公告）日: 2020-06-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張世平;暨勇策;沈國清;安連鎖
• 申請（專利權(quán)）人: 華北電力大學(xué)
• 主分類號: G01K11/22
• 分類號: G01K11/22
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11246
• 代理人: 張文寶

1.一種基于聲學(xué)技術(shù)的空冷島翅片管束溫度場測量裝置，包括：空心管道、聲波導(dǎo)管、聲波發(fā)生器、聲波傳感器、功率放大器、信號調(diào)理器、接線盒、輸入/輸出設(shè)備、工控機(jī)，其特征在于：所述聲波導(dǎo)管一端安裝在所述空心管道上，另一端和所述聲波發(fā)生器連接；所述空心管道表面開有小孔，內(nèi)介質(zhì)通過經(jīng)過小孔的空氣流動(dòng)與翅片管束周圍溫度相平衡；沿所述空心管道間隔一定距離依次布置第1—n個(gè)聲波傳感器M_1-n；其中n＝1,2,3,…,N，從而形成多段聲波路徑；所述聲波發(fā)生器先后發(fā)出固定頻率的聲波信號，所述聲波傳感器將接收到的聲波信號傳遞給所述信號調(diào)理器，通過所述輸入/輸出設(shè)備傳遞給所述工控機(jī)；所述工控機(jī)將接收到的聲波信號進(jìn)行計(jì)算和分析，并經(jīng)過整理得到空冷島翅片管束溫度場信息。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于聲學(xué)技術(shù)的空冷島翅片管束溫度場測量裝置，其特征在于，所述聲波傳感器M_1-n根據(jù)翅片管束布置結(jié)構(gòu)和測量精度要求確定安裝的數(shù)量，其中n為正整數(shù)。

3.一種基于聲學(xué)技術(shù)的空冷島翅片管束溫度場測量方法，包括：

1)以聲波傳感器不失真地接收到聲波信號為前提在空冷島翅片管束上布置如權(quán)利要求1或2所述的一種基于聲學(xué)技術(shù)的空冷島翅片管束溫度場測量裝置對空冷島翅片管束溫度場進(jìn)行重建；

2)聲波發(fā)生器產(chǎn)生偽隨機(jī)信號中的m序列聲波信號；

3)計(jì)算聲波信號在兩個(gè)聲波傳感器之間的飛渡時(shí)間τ：對于兩個(gè)聲波傳感器接收到的聲波信號的時(shí)延值，采用時(shí)延估計(jì)算法得到不同時(shí)間聲波信號形成的互相關(guān)函數(shù)達(dá)到最大峰值所對應(yīng)的時(shí)間延遲，即為聲波信號在兩個(gè)聲波傳感器之間的飛渡時(shí)間τ；

4)計(jì)算兩個(gè)傳感器之間氣體介質(zhì)的平均溫度t：

相鄰兩個(gè)傳感器之間的距離為L，翅片管束內(nèi)氣體介質(zhì)的氣體常數(shù)為Z。

4.根據(jù)權(quán)利要3所述的一種基于聲學(xué)技術(shù)的空冷島翅片管束溫度場測量方法，其特征在于：采用時(shí)延估計(jì)算法得到不同時(shí)間聲波信號形成的互相關(guān)函數(shù)達(dá)到最大峰值所對應(yīng)的時(shí)間延遲為：

假設(shè)某兩個(gè)聲波傳感器接收到的聲波信號的數(shù)字模型如下：

式中：x₁(n)、x₂(n)分別為聲波傳感器1和2接收到的聲波信號函數(shù)；s(n)為聲源信號函數(shù)；w₁(n)和w₂(n)分別為2個(gè)聲波傳感器接收到的高斯白噪聲函數(shù)；D為2個(gè)聲波傳感器之間的相對時(shí)間延遲；α為聲波相對衰減系數(shù)；

假設(shè)s(n)、w₁(n)和w₂(n)為互不相關(guān)的平穩(wěn)隨機(jī)過程，則x₁(n)和x₂(n)的二次相關(guān)函數(shù)為：

上述式子可轉(zhuǎn)換為：

R_RR(τ)＝αR_Rs(τ-D)

令α＝1，則R_RR(τ)＝R_Rs(τ-D)為信號s(n)的二次相關(guān)函數(shù)，由相關(guān)函數(shù)性質(zhì)可知，R(τ-D)≤R(0)，當(dāng)τ＝D時(shí)，R_RR(τ)取得最大值，計(jì)算兩聲波傳感器收到的信號的互相關(guān)函數(shù)求出峰值出現(xiàn)的時(shí)刻，則該時(shí)刻就是對應(yīng)的時(shí)間延遲D。

5.根據(jù)權(quán)利要4所述的一種基于聲學(xué)技術(shù)的空冷島翅片管束溫度場測量方法，其特征在于通過二次相關(guān)PHAT-β算法來得到時(shí)間延遲，具體為通過求相鄰兩個(gè)聲波傳感器得到的信號的自相關(guān)函數(shù)和互相關(guān)函數(shù)之間的互功率譜，并在頻域內(nèi)給予一定的加權(quán)，來對聲波信號和背景噪聲進(jìn)行白化處理，增強(qiáng)信號中信噪比比較高的頻率成分，從而抑制噪聲的影響，再將結(jié)果通過傅里葉逆變換到時(shí)域，得到兩信號之間的廣義互相關(guān)函數(shù)，其表達(dá)式為：

式中：ψ₁₂(ω)為廣義互相關(guān)加權(quán)函數(shù)，為以及之間的互功率譜；加 權(quán)函數(shù)