专利名称：基于声学法的燃气轮机入口通道温度场测量装置及方法
技术领域：
本发明属于电力设备状态监测领域，尤其涉及一种基于声学法的燃气轮机入口通道温度场测量装置及方法。
背景技术：
对于燃气轮机，由于近年来燃机的发展，目前燃机透平进口温度已超过1200° C，高温高压气体是通过燃气通道与透平相连接，直接对透平入口温度进行测量并实施监控还无法实现。现在普遍采用在燃气导管的一些较低温度区域，安装若干热电偶，测量该处的温度，并通过该测量温度与燃机透平进口温度的关系，间接监测控制燃机透平进口温度。这种对高温高压气体温度逐点测量的方法，在获取实际温度场数据时，受热材料元件高温性能限制，只能做短时间测量，同时热电偶的介入，或多或少的影响到高温高压气体的流动均匀 性，并且现场就地操作量大，实时性差。近年来，国内外不少学者利用计算机图像处理技术、光学层析技术等手段来测量温度分布，取得了一定进展，但始终未取得令人满意的结果。燃气轮机的透平入口温度对机组的性能影响较大，提高入口温度，可提高机组的效率。温度控制基准的准确性，将影响到机组入口温度的控制，从而影响到机组的性能，同时，高温高压气体在通道中容易发生温度分布不均的状况，高温高压气体的温度分布是否均匀，直接关系着燃气轮机的转子及叶片所受的应力、应变。因此，为保证机组安全、稳定运行，提高机组使用寿命和提高机组效率，对于透平入口温度需要一种更加完善的测量系统。
发明内容
针对上述背景技术中提到的目前采用的测量方法，在测量的便捷性和实施性方面存在的限制，本发明提出了一种基于声学法的燃气轮机入口通道温度场测量装置及方法。一种基于声学法的燃气轮机入口通道温度场测量装置，其特征在于，所述装置包括信号发生�？�、超声波传感器阵列、相位差分析�？�、开关�？椤⑼枷穹治瞿？�、数据采集�？�、成像�？�、警报�？楹蜕俜治瞿？椋凰鲂藕欧⑸？榘ㄖ苯邮质狡德屎铣善鱀DS和PCI数据采集卡；所述相位差分析模块包括运放芯片和增益/相位检测器；其中，所述直接数字式频率合成器DDS分别与所述超声波传感器阵列和运放芯片连接，用于产生正弦激励信号，并将其分别传输给超声波传感器阵列和运放芯片；所述超声波传感器阵列、开关�？�、增益/相位检测器、运放芯片、数据采集�？�、声速分析�？椤⒊上衲？楹屯枷穹治瞿？樗炒瘟樱凰龀ù衅髡罅杏糜诮邮照壹だ藕牛⒔ㄐ藕磐ü啬？榇渲猎鲆�/相位检测器；所述增益/相位检测器用于得到超声波信号与参考波的相位差信息；所述运放芯片用于将直接数字式频率合成器DDS传来的正弦激励信号进行处理，并将处理后的正弦激励信号传给增益/相位检测器作为参考波；所述数据采集�？橛糜诓杉辔徊钚畔ⅲ⒋俜治瞿？椋凰錾俜治瞿？楦菹辔徊钚畔ⅲ贸銎骄偈荩凰龀上衲？橛糜诘玫轿露确植纪枷瘢�
所述图像分析�？榉直鹩胨鯬CI数据采集卡、成像�？楹途？榱樱挥糜诘玫轿露确植甲纯觥Ｋ龀ù衅髡罅邪ㄈ舾筛龀ù衅鳎凰龀ù衅骷茸魑ǚ⑸淦骰虺ń邮掌�。一种基于声学法的燃气轮机入口通道温度场测量装置的测量方法，其特征包括以下步骤步骤I :将隔热材料贴在燃气通道的外围，将超声波传感器阵列紧贴在隔热材料上；步骤2 :信号发生�？椴壹だ藕牛治铰罚唤宦反涓ù衅髡罅校⒀≡癯ù衅髡罅兄械囊桓龀ù衅髯魑ǚ⑸淦鳎溆嗟某ù衅髯魑ń邮掌鳎涣硪宦反涓朔判酒⒔壹だ藕潘跣∩瓒ū妒魑慰疾ㄊ淙敫鲆�/相位检测器； 步骤3 :当超声波接收器接收到超声波信号后，开关打开，增益/相位检测器将所有超声波接收器传来的信号与参考波比较，得到一组相位差信息，并将这组相位差信息传输至数据采集�？椋徊街�4 :数据采集�？榻邢辔徊钚畔⒋涓俜治瞿？椋莞米橄辔徊钚畔ⅲ贸銎骄偈荩⒋娲⒅镣枷翊砟？椋蛔魑荒芷髡罅械钠渲幸蛔槭荩徊街�5 :根据超声发生器的时钟信号，依次选择传超声感器阵列的每一个超声波传感器作为发射器，遍历整个超声波传感器阵列，循环执行步骤2 步骤4，建立超声换能器阵列数据组，传输至成像�？椋徊街�6 :成像�？橹谱鞒鐾枷窈笫淙胫镣枷穹治瞿？椋檬萁谐上穹治觯贸鑫露确植甲刺峁蝗粑露瘸≌＃蚍祷匦藕欧⑸？榧绦芳嗖猓粑露瘸∫斐＃蛲ü？橥ㄖぷ魅嗽奔觳槿计只脊芄ぷ髯刺�。本发明的有益效果是，本发明用超声波能够全面测量燃气管道某一截面的温度，并且采用非介入式方法，避免了热电偶对气体流动的干扰，并且可以进一步得到温度分布的图像，为燃气通道内的温度场提供准确的依据。
图I是本发明提供的一种基于声学法的燃气轮机入口通道温度场测量装置的系统框图；图2是本发明提供的一种基于声学法的燃气轮机入口通道温度场测量装置的超声波传感器阵列分布图；图3是本发明提供的一种基于声学法的燃气轮机入口通道温度场测量装置的超声波传感器布置方式示意图；其中，I-燃气通道外壁；2-隔热材料层；3_超声波传感器；4-信号发生�？�/相位差分析�？榱佣耍�5_地线。
具体实施例方式下面结合附图，对优选实施例作详细说明。应该强调的是下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。图I是本发明提供的一种基于声学法的燃气轮机入口通道温度场测量装置的系统框图。图I中，一种基于声学法的燃气轮机入口通道温度场测量装置，所述装置包括信号发生�？�、超声波传感器阵列、相位差分析�？�、开关�？�、图像分析�？�、数据采集模块、成像�？�、警报�？楹蜕俜治瞿？椋凰鲂藕欧⑸？榘ㄖ苯邮质狡德屎铣善鱀DS和PCI数据采集卡；所述相位差分析�？榘ㄔ朔判酒驮鲆�/相位检测器；所述超声波传感器阵列包括若干个超声波传感器；其中，所述直接数字式频率合成器DDS分别与所述超声波传感器阵列和运放芯片连接，用于产生正弦激励信号，并将其分别传输给超声波传感器阵列和运放芯片；所述超声波传感器阵列、开关�？椤⒃鲆�/相位检测器、运放芯片、数据采集�？�、声速分析模块、成像�？楹屯枷穹治瞿？樗炒瘟樱凰龀ù衅髡罅杏糜诮邮照壹だ藕牛⒔渲幸桓龀ù衅髯魑ǚ⑸鞑ㄐ藕牛溆嗟某ù衅髯魑ń邮掌鹘邮粘ㄐ藕牛⒔ㄐ藕磐ü啬？榇渲猎鲆�/相·位检测器；所述增益/相位检测器用于得到超声波信号与参考波的相位差信息；所述运放芯片用于将直接数字式频率合成器DDS传来的正弦激励信号进行处理，并将处理后的正弦激励信号传给增益/相位检测器作为参考波；所述数据采集�？橛糜诓杉辔徊钚畔ⅲ⒋俜治瞿？椋凰錾俜治瞿？楦菹辔徊钚畔ⅲ贸銎骄偈荩凰龀上衲？橛糜诘玫轿露确植纪枷瘢凰鐾枷穹治瞿？榉直鹩胨鯬CI数据采集卡、成像�？楹途？榱樱挥糜诘玫骄咛逦露确植甲纯觥Ｍ�2是本发明提供的一种基于声学法的燃气轮机入口通道温度场测量装置的超声波传感器阵列分布图。图2中，I为燃气入口通道外壁，隔热材料2贴在燃气通道的外围，超声波传感器超3紧贴在隔热材料2上，减少超声波在空气中传播的损耗。由于加入了隔热材料，避免了超声换能器由于温度过高而发生损坏。图3是本发明提供的一种基于声学法的燃气轮机入口通道温度场测量装置的超声波传感器布置方式示意图。图3中，燃气通道外壁1，包裹着整个待测区域，隔热材料2，一侧紧贴在通道壁面另一侧与超声换能器紧密接触，为避免超声换能器收到高温损坏，超声波传感器3收发超声波信号，获取超声波信号数据，通过信号发生�？�/相位分析�？榱佣�4，为超声波传感器提供发射指令和接收指令，被选作超声波发射器的超声波传感器通过信号发生�？�/相位分析模块连接端4连接信号发生�？椋溆嘧魑ń邮掌鞯某ù衅魍ü�4连接相位差分析�？�。以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式
，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
权利要求
1.一种基于声学法的燃气轮机入口通道温度场测量装置，其特征在于，所述装置包括信号发生�？�、超声波传感器阵列、相位差分析�？椤⒖啬？�、图像分析�？�、数据采集�？�、成像�？�、警报�？楹蜕俜治瞿？椋凰鲂藕欧⑸？榘ㄖ苯邮质狡德屎铣善鱀DS和PCI数据采集卡；所述相位差分析�？榘ㄔ朔判酒驮鲆�/相位检测器； 其中，所述直接数字式频率合成器DDS分别与所述超声波传感器阵列和运放芯片连接，用于产生正弦激励信号，并将其分别传输给超声波传感器阵列和运放芯片； 所述超声波传感器阵列、开关�？�、增益/相位检测器、运放芯片、数据采集�？�、声速分析�？�、成像模块和图像分析�？樗炒瘟樱凰龀ù衅髡罅杏糜诮邮照壹だ藕牛⒔ㄐ藕磐ü啬？榇渲猎鲆�/相位检测器；所述增益/相位检测器用于得到超声波信号与参考波的相位差信息；所述运放芯片用于将直接数字式频率合成器DDS传来的正弦激励信号进行处理，并将处理后的正弦激励信号传给增益/相位检测器作为参考波；所述数据采集�？橛糜诓杉辔徊钚畔ⅲ⒋俜治瞿？椋凰錾俜治瞿？楦菹辔徊钚畔ⅲ贸銎骄偈荩凰龀上衲？橛糜诘玫轿露确植纪枷瘢� 所述图像分析�？榉直鹩胨鯬CI数据采集卡、成像�？楹途？榱樱挥糜诘玫骄咛逦露确植甲纯�。
2.根据权利要求I所述的一种基于声学法的燃气轮机入口通道温度场测量装置，其特征在于，所述超声波传感器阵列包括若干个超声波传感器；所述超声波传感器作为超声波发射器或超声波接收器。
3.一种基于声学法的燃气轮机入口通道温度场测量方法，其特征包括以下步骤 步骤I :将隔热材料贴在燃气通道的外围，将超声波传感器阵列紧贴在隔热材料上； 步骤2 :信号发生�？椴壹だ藕牛治铰罚唤宦反涓ù衅髡罅校⒀≡癯ù衅髡罅兄械囊桓龀ù衅髯魑ǚ⑸淦鳎溆嗟某ù衅髯魑ń邮掌鳎涣硪宦反涓朔判酒⒔壹だ藕潘跣∩瓒ū妒魑慰疾ㄊ淙敫鲆�/相位检测器； 步骤3 :当超声波接收器接收到超声波信号后，开关打开，增益/相位检测器将所有超声波接收器传来的信号与参考波比较，得到一组相位差信息，并将这组相位差信息传输至数据采集�？椋� 步骤4 :数据采集模块将所有相位差信息传输给声速分析�？椋莞米橄辔徊钚畔ⅲ贸銎骄偈荩⒋娲⒅镣枷翊砟？椋蛔魑荒芷髡罅械钠渲幸蛔槭荩� 步骤5 :根据超声发生器的时钟信号，依次选择传超声感器阵列的每一个超声波传感器作为发射器，遍历整个超声波传感器阵列，循环执行步骤2 步骤4，建立超声换能器阵列数据组，传输至成像模块； 步骤6 :成像�？橹谱鞒鐾枷窈笫淙胫镣枷穹治瞿？椋萁谐上穹治觯贸鑫露确植甲刺峁蝗粑露瘸≌＃蚍祷匦藕欧⑸？榧绦芳嗖猓粑露瘸∫斐＃蛲ü？橥ㄖぷ魅嗽奔觳槿计只呶赂哐谷计肟谕ǖ拦ぷ髯刺�。
全文摘要
本发明公开了电力设备状态监测领域的一种基于声学法的燃气轮机入口通道温度场测量装置及方法。一种基于声学法的燃气轮机入口通道温度场测量装置，其技术方案是，所述装置包括信号发生�？�、超声波传感器阵列、相位差分析�？�、开关�？�、图像分析�？�、数据采集�？�、成像�？椤⒕？楹蜕俜治瞿？椋凰鲂藕欧⑸？榘ㄖ苯邮质狡德屎铣善鱀DS和PCI数据采集卡；所述相位差分析模块包括运放芯片和增益/相位检测器。本发明用超声波能够全面测量燃气通道某一截面的温度�。⑶也捎梅墙槿胧椒椒ǎ苊饬巳鹊缗级云辶鞫母扇牛⑶铱梢越徊降玫轿露确植嫉耐枷瘢计艿滥诘奈露瘸√峁┳既返囊谰�。
文档编号G01N29/14GK102818853SQ20121028549
公开日2012年12月12日 申请日期2012年8月10日 优先权日2012年8月10日
发明者刘石, 任思源 申请人:华北电力大学
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