專利名稱：一種爐管泄漏聲學(xué)監(jiān)測(cè)定位方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于鍋爐爐膛內(nèi)泄露定位技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種爐管泄漏聲學(xué)監(jiān)測(cè)定位方法及裝置。
背景技術(shù)：
火電站鍋爐爐膛管道泄露嚴(yán)重危害了電站的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，現(xiàn)有的技術(shù)已能在爐膛爆管時(shí)在線監(jiān)測(cè)到泄露，但大多無法精確定位。專利US496079、CN2253^9中的監(jiān)測(cè)技術(shù)采用在爐膛壁面布置大量測(cè)點(diǎn)的方法，只能提供以測(cè)點(diǎn)為圓心，半徑為10米的范圍的粗略的定位。專利CN101799533A定位精度差，抗擾動(dòng)能力差、專利CN101813M5A中存在算法需要迭代運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)，且依然存在精度問題，并且這兩個(gè)專利中所提及的時(shí)延算法并沒有考慮到實(shí)際測(cè)量中時(shí)間延時(shí)值不能為負(fù)的情況。在測(cè)量中如果不選取離聲源較近的傳感器為基準(zhǔn)傳感器，則理論時(shí)延值必定有負(fù)值出現(xiàn)，并且基準(zhǔn)傳感器離聲源較遠(yuǎn)會(huì)導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果不準(zhǔn)，誤差大。針對(duì)專利CN101813M5A中的測(cè)點(diǎn)布置情況，因?yàn)?，爐膛內(nèi)環(huán)境復(fù)雜，而泄露信號(hào)為高頻信號(hào)，容易衰減，湮沒在爐膛背景信號(hào)中，若采用立體陣列的間距過大會(huì)導(dǎo)致測(cè)量出的時(shí)間延時(shí)值誤差大或無法測(cè)量。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述背景技術(shù)中提到的現(xiàn)有泄漏測(cè)定方法精度不高，不能在線監(jiān)測(cè)等不足， 本發(fā)明提出了一種爐管泄漏聲學(xué)監(jiān)測(cè)定位方法及裝置。本發(fā)明的技術(shù)方案是，一種爐管泄漏聲學(xué)監(jiān)測(cè)定位裝置，其特征是該裝置包括信號(hào)調(diào)理器、采集卡、電腦和至少四個(gè)傳感器；所述傳感器置于鍋爐爐壁外側(cè)，每個(gè)傳感器分別與信號(hào)調(diào)理器連接；信號(hào)調(diào)理器與采集卡連接；采集卡與電腦連接。所述傳感器的型號(hào)為MPA201。所述信號(hào)調(diào)理器的型號(hào)為MC104。所述采集卡的型號(hào)為NI-PCI6221。一種爐管泄漏聲學(xué)監(jiān)測(cè)定位方法，其特征是該方法包括以下步驟步驟1 通過傳感器測(cè)量并求得泄漏信號(hào)的雙曲面方程組；步驟2 選取測(cè)得的聲壓級(jí)最大的傳感器作為基準(zhǔn)傳感器，得到其他傳感器的坐標(biāo)值；步驟3 對(duì)泄漏信號(hào)進(jìn)行濾波，并求得其他傳感器和基準(zhǔn)傳感器的互相關(guān)延時(shí)估計(jì)；步驟4 根據(jù)各個(gè)傳感器的坐標(biāo)值，采用指定算法對(duì)雙曲面方程組進(jìn)行優(yōu)化，進(jìn)而求得泄漏點(diǎn)的坐標(biāo)。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(gè)傳感器的坐標(biāo)；sensor j為第j個(gè)傳感器的坐標(biāo)；S為泄漏點(diǎn)坐標(biāo)；c為當(dāng)?shù)芈曀?；?u為第i個(gè)傳感器和第j個(gè)傳感器收集到泄漏信號(hào)的時(shí)間延時(shí)值。所述互相關(guān)延時(shí)估計(jì)的計(jì)算公式為Rij ( τ ) =E [Xi (η) Xj (η- τ )]其中Rij為信號(hào)i和信號(hào)j的互相關(guān)延時(shí)估計(jì)；Xj (η- τ )為基準(zhǔn)傳感器對(duì)應(yīng)的信號(hào)；Xi(Ii)為其余傳感器對(duì)應(yīng)的信號(hào)。所述指定算法為CHAN算法。本發(fā)明突破性的設(shè)計(jì)了以測(cè)量聲壓級(jí)的方法來選擇基準(zhǔn)傳感器，從而避免了理論值中的負(fù)延時(shí)值在實(shí)際測(cè)量中無法實(shí)現(xiàn)的問題。并且將蜂窩網(wǎng)絡(luò)中的CHAN算法引入到爐膛內(nèi)三維定位技術(shù)，重新設(shè)計(jì)了爐膛測(cè)點(diǎn)的布置，提高了定位精度，且具有一定的抗擾動(dòng)能力，算法不需要迭代，能實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測(cè)定位。本發(fā)明在不增加傳感器個(gè)數(shù)的情況下改變測(cè)點(diǎn)布置來得到更精確的時(shí)間延時(shí)值，維持了定位結(jié)果的準(zhǔn)確性，即定位精度。


圖1為基于CHAN算法的立體陣列傳感器三維相對(duì)坐標(biāo)分布；圖2為600麗鍋爐新型測(cè)點(diǎn)分布圖；圖3為基于CHAN算法的爐管泄漏聲學(xué)監(jiān)測(cè)定位系統(tǒng)圖；圖4為傳感器測(cè)得爐膛內(nèi)管道泄露時(shí)間延時(shí)估計(jì)圖；圖a為τ21互相關(guān)圖；圖b為τ ^互相關(guān)圖；圖c為τ 41互相關(guān)圖。
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。本發(fā)明的目的為提供了一種爐管泄漏聲學(xué)監(jiān)測(cè)定位方法及裝置；在火電站鍋爐爐管泄露后能監(jiān)測(cè)的泄露的精確位置，從而縮短了維修時(shí)間，節(jié)省人力、物力，為電站鍋爐的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行提供了保障。本發(fā)明包括信號(hào)調(diào)理器、采集卡、電腦和至少四個(gè)傳感器，其連接關(guān)系為傳感器置于鍋爐爐壁外側(cè)，每個(gè)傳感器分別與信號(hào)調(diào)理器連接；信號(hào)調(diào)理器與采集卡連接；采集卡與電腦連接。其中，傳感器的型號(hào)都為ΜΡΑ201，信號(hào)調(diào)理器的型號(hào)為 MC104，采集卡的型號(hào)為NI-PCI6221。本發(fā)明具體步驟為步驟一測(cè)量泄露點(diǎn)三維坐標(biāo)至少四只傳感器，而CHAN算法應(yīng)用的是異面陣列，本算法采用一種新型的立體四元陣列。在爐膛其中一段區(qū)域布置由四只傳感器組成的異面陣列。得出泄露點(diǎn)的雙曲面方程組I I sensori-S | -1 sensor j-S | | = c τ其中sensori為第i個(gè)傳感器的坐標(biāo)；sensorj為第j個(gè)傳感器的坐標(biāo)；S為泄漏點(diǎn)坐標(biāo)；c為當(dāng)?shù)芈曀伲沪?u為第i個(gè)傳感器和第j個(gè)傳感器收集到泄漏信號(hào)的時(shí)間延時(shí)值。步驟二 選取基準(zhǔn)傳感器。由Labview調(diào)用matlab程序，將四只傳感器中測(cè)得聲壓級(jí)最大的傳感器標(biāo)定為基準(zhǔn)傳感器。將基準(zhǔn)傳感器所在位置定為坐標(biāo)原點(diǎn)，參考四只傳感器相對(duì)位置，依次得出相應(yīng)基準(zhǔn)點(diǎn)下的各傳感器坐標(biāo)值。采用左手準(zhǔn)則，大拇指指向Y軸，四指指向X軸方向。假設(shè)聲源離第一傳感器較近，則有坐標(biāo)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(shè)聲源離傳感器2較近，則有坐標(biāo)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(shè)聲源離傳感器3較近，則有坐標(biāo)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(shè)聲源離傳感器4較近，則有坐標(biāo)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(duì)濾波后的信號(hào)進(jìn)行互相關(guān)取得個(gè)傳感器與基準(zhǔn)傳感器的時(shí)間延時(shí)估計(jì)值。由Labview濾波后，將信號(hào)與基準(zhǔn)信號(hào)進(jìn)行互相關(guān)估計(jì)，采用求期望的方法，兩信號(hào)的互相關(guān)延時(shí)估計(jì)為Rij ( τ ) =E [Xi (η) Xj (η- τ )]其中Rij為信號(hào)i和信號(hào)j的互相關(guān)延時(shí)估計(jì)；Xj (η- τ )為基準(zhǔn)傳感器對(duì)應(yīng)的信號(hào)；Xi(Ii)為其余傳感器對(duì)應(yīng)的信號(hào)。當(dāng)Iiij ( τ )取得最值時(shí)，τ = τ廠τ」，即為兩傳感器時(shí)延值。步驟四采用CHAN算法對(duì)相應(yīng)基準(zhǔn)點(diǎn)所得的雙曲面方程組進(jìn)行優(yōu)化。在此假設(shè)第一傳感器sensori為基準(zhǔn)傳感器。因此四只傳感器的坐標(biāo)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為泄漏點(diǎn)到第i個(gè)傳感器的距離；(Xi, Yi, Zi)為第i個(gè)傳感器的坐標(biāo)；(x, y, ζ)為泄露點(diǎn)坐標(biāo)。有CHAN優(yōu)化算法對(duì)雙曲面方程組優(yōu)化后得到
權(quán)利要求
1.一種爐管泄漏聲學(xué)監(jiān)測(cè)定位裝置，其特征是該裝置包括信號(hào)調(diào)理器、采集卡、電腦和至少四個(gè)傳感器；所述傳感器置于鍋爐爐壁外側(cè)，每個(gè)傳感器分別與信號(hào)調(diào)理器連接；信號(hào)調(diào)理器與采集卡連接；采集卡與電腦連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種爐管泄漏聲學(xué)監(jiān)測(cè)定位裝置，其特征是所述傳感器的型號(hào)為 MPA201。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種爐管泄漏聲學(xué)監(jiān)測(cè)定位裝置，其特征是所述信號(hào)調(diào)理器的型號(hào)為MC104。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種爐管泄漏聲學(xué)監(jiān)測(cè)定位裝置，其特征是所述采集卡的型號(hào)為 NI-PCI6221。
5.一種利用權(quán)利要求1所述的一種爐管泄漏聲學(xué)監(jiān)測(cè)定位裝置進(jìn)行監(jiān)測(cè)定位的方法， 其特征是該方法包括以下步驟步驟1 通過傳感器測(cè)量并求得泄漏信號(hào)的雙曲面方程組；步驟2 選取測(cè)得的聲壓級(jí)最大的傳感器作為基準(zhǔn)傳感器，得到其他傳感器的坐標(biāo)值； 步驟3 對(duì)泄漏信號(hào)進(jìn)行濾波，并求得其他傳感器和基準(zhǔn)傳感器的互相關(guān)延時(shí)估計(jì)； 步驟4 根據(jù)各個(gè)傳感器的坐標(biāo)值，采用指定算法對(duì)雙曲面方程組進(jìn)行優(yōu)化，進(jìn)而求得泄漏點(diǎn)的坐標(biāo)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的監(jiān)測(cè)定位的方法，其特征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(gè)傳感器的坐標(biāo)； sensorj為第j個(gè)傳感器的坐標(biāo)； S為泄漏點(diǎn)坐標(biāo)； c為當(dāng)?shù)芈曀?；τu為第i個(gè)傳感器和第j個(gè)傳感器收集到泄漏信號(hào)的時(shí)間延時(shí)值。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的監(jiān)測(cè)定位的方法，其特征是所述互相關(guān)延時(shí)估計(jì)的計(jì)算公式為Rij(T) = E [Xi (n) Xj(n-T)]其中Rij為信號(hào)i和信號(hào)j的互相關(guān)延時(shí)估計(jì)； Xj (η- τ )為基準(zhǔn)傳感器對(duì)應(yīng)的信號(hào)； Xi(Il)為其余傳感器對(duì)應(yīng)的信號(hào)。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的監(jiān)測(cè)定位的方法，其特征是所述指定算法為CHAN算法。
全文摘要
本發(fā)明公開了鍋爐爐膛內(nèi)泄露定位技術(shù)領(lǐng)域中的一種爐管泄漏聲學(xué)監(jiān)測(cè)定位方法及裝置。本發(fā)明通過傳感器測(cè)量并求得泄漏信號(hào)的雙曲面方程組；選取測(cè)得的聲壓級(jí)最大的傳感器作為基準(zhǔn)傳感器，得到其他傳感器的坐標(biāo)值；然后對(duì)泄漏信號(hào)進(jìn)行濾波，并求得其他傳感器和基準(zhǔn)傳感器的時(shí)間延時(shí)估計(jì)值；最后根據(jù)各個(gè)傳感器的坐標(biāo)值，采用CHAN算法對(duì)雙曲面方程組進(jìn)行優(yōu)化，進(jìn)而求得泄漏點(diǎn)的坐標(biāo)。本發(fā)明以測(cè)量聲壓級(jí)的方法來選擇基準(zhǔn)傳感器，從而避免了理論值中的負(fù)延時(shí)值在實(shí)際測(cè)量中無法實(shí)現(xiàn)的問題；采用三維定位技術(shù)，提到了定位精度，實(shí)現(xiàn)了在線監(jiān)測(cè)定位。
文檔編號(hào)G01M3/24GK102410525SQ201110256728
公開日2012年4月11日 申請(qǐng)日期2011年9月1日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月1日
發(fā)明者馮強(qiáng), 安連鎖, 張世平, 沈國清, 王鵬 申請(qǐng)人:華北電力大學(xué)