CN107764889B - 一种基于信号能量法的气固两相流粉尘含碳量测量方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于信号能量法的气固两相流粉尘含碳量测量方法，基于静电传感器对不同含碳量粉尘样本的气固两相流静电信号序列进行采集；对静电信号序列做平方和处理以得到信号能量值，采用信号能量法对粉尘含碳量进行标定；对含碳量与信号能量进行三次样条插值拟合，并经过离散化处理以得到含碳量与其信号能量对应表；通过查表法以实现对未知粉尘样本中含碳量的测量。本发明解决了目前粉尘含碳量测量问题中所存在的实时性差、算法复杂度高的问题，实现了对流经管道的粉尘颗粒含碳量的实时、准确测量。

Description

一种基于信号能量法的气固两相流粉尘含碳量测量方法
技术领域
本发明属于信号检测技术领域，具体涉及一种基于信号能量法的气固两相流粉尘含碳量测量方法。
背景技术
实际的火力发电中，燃烧煤种来源不同其所含碳含量有所差异，这常常造成锅炉出力不足、燃烧效率下降、机组运行故障等问题，严重时会导致锅炉灭火、机组停运等重大事故发生，煤粉的不充分燃烧也会导致锅炉结焦、燃烧废气污染严重等问题。因此实时在线测量气固两相流煤粉含碳量对锅炉的经济安全运行、节能减排具有重要意义。
现有的粉尘含碳量测量方法大多采用微波吸收法(物理测量方法)和神经网络法(软测量法)。微波吸收法是根据粉尘中碳粒吸收微波装置所产生的微波从而产生涡流的原理对其进行测量，该方法虽然能够实现对粉尘含碳量的快速、准确测量，但标定较为困难，由于火电厂中煤粉来源广，煤种多变，所以难以广泛应用于火力发电中，且该方法多为离线测量，无法保证检测实时性，维护成本高。神经网络法是通过分析含碳量与其相关影响因素(如温度、湿度、浓度)之间的关系来实现检测，该方法存在训练耗时、收敛速度慢、数据量大、实时性差的缺点，且优化方法复杂度较高。针对上述方法中的缺点，寻求一种算法复杂度低、速度快、精度高的实时在线检测煤粉含碳量的方法，具有重要意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于信号能量法的气固两相流粉尘含碳量测量方法，以解决目前气固两相流中粉尘含碳量测量问题所存在的实时性差、算法复杂度高的问题。
为实现上述目的本发明采用以下技术方案：
一种基于信号能量法的气固两相流粉尘含碳量测量方法，包括以下步骤：步骤1：现有q种含碳量分别为c1,c2,…,cq的粉尘样本，其中c1＜c2＜…＜cq，对于流经管道的含碳量为ci，ci为第i种粉尘样本的含碳量，其中i＝1,2,…,q的粉尘颗粒，基于静电传感器采集一段时间的气固两相流交流静电信号，以得到交流静电信号序列
Figure GDA0002367318970000021
Figure GDA0002367318970000022
为含碳量为ci的第i种粉尘样本所对应的静电信号序列，其中k＝1,2,…,n；
步骤2：用信号能量法对含碳量进行标定：分别采集上述q种不同含碳量粉尘样本所对应的静电信号序列
Figure GDA0002367318970000023
其中i＝1,2,…,q；对静电信号序列做平方和累加，以得到含碳量为ci的粉尘样本所对应的信号能量值，记作f(ci,k)，其中
Figure GDA0002367318970000024
步骤3：对含碳量ci与信号能量值f(ci,k)进行样条插值，得到三次样条插值曲线，并进行离散化处理，得到含碳量ci与信号能量值f(ci,k)对应的离散化表；步骤4：对于待测含碳量的粉尘样本，设其含碳量为cp，采集一段时间的交流静电信号序列
Figure GDA0002367318970000031
其中k＝1,2,…,n；计算信号能量值
Figure GDA0002367318970000032
通过查表法求出该待测粉尘样本的含碳量cp的测量值。
作为本发明进一步的方案，所述步骤1是利用静电传感器所检测到的微弱静电信号经过信号放大、滤波调理电路，信号采集模块得到一段时间的气固两相流交流静电信号序列
Figure GDA0002367318970000033
作为本发明进一步的方案，所述步骤2是以信号能量值f(ci,k)对不同粉尘颗粒样本的含碳量ci进行标定。
作为本发明进一步的方案，所述步骤3所得到的三次样条插值曲线为一条随ci增大而减小的单调曲线，对于曲线的离散化处理，在含碳量为c1到cq之间，每间隔
Figure GDA0002367318970000034
取一个点，共得到100个离散点(ci,f(ci,k))，其中i＝1,2,…,100，做含碳量ci与信号能量f(ci,k)对应表。
作为本发明进一步的方案，所述步骤4中对于待测含碳量的粉尘样本的静电信号序列
Figure GDA0002367318970000035
进行采集时，采集时间保证与上述标定的q种粉尘样本的采集时间相同。
作为本发明进一步的方案，所述步骤4中通过查表反算法求得信号能量为f(cp,k)的未知粉尘样本的含碳量cp，其具体步骤为：
步骤4.1:采集一段时间的待测含碳量粉尘样本的气固两相流交流信号序列
Figure GDA0002367318970000036
其中k＝1,2,…,n，求得该含碳量对应的信号能量值
Figure GDA0002367318970000037
步骤4.2：通过查表法，求得min{error＝|f(cp,k)-f(ci,k)|}时的ci，即为未知粉尘颗粒的含碳量cp，即cp＝ci。
本发明的有益效果是：本发明提供了一种基于信号能量法的气固两相流粉尘含碳量测量方法，解决了目前气固两相流中粉尘含碳量测量问题所存在的实时性差、算法复杂度高的问题，实现了粉尘含碳量实时在线的精准测量。
附图说明
图1是本发明具体实施例原理流程图；
图2是本发明的算法流程图；
图3是本发明的查表法流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
如图1所示，流经管道的粉尘颗粒在碰撞中产生静电信号，通过静电传感器以得到微弱电信号，信号调理电路对微弱电信号进行放大滤波处理，经信号采集模块进行采集，信号处理模块实现本发明中的相应算法，以实时在线检测待测粉尘颗粒样本的含碳量。
如图2-3所示，一种基于信号能量法的气固两相流粉尘含碳量测量方法，包括以下步骤：
步骤1：现有q种含碳量分别为c1,c2,…,cq的粉尘样本，其中c1＜c2＜…＜cq，对于流经管道的含碳量为ci，ci为第i种粉尘样本的含碳量，其中i＝1,2,…,q的粉尘颗粒，基于静电传感器所检测到的微弱静电信号经过信号放大、滤波调理电路，信号采集模块得到一段时间的气固两相流交流静电信号序列
Figure GDA0002367318970000051
Figure GDA0002367318970000052
为含碳量为ci的第i种粉尘样本所对应的静电信号序列，其中k＝1,2,…,n；
步骤2：用信号能量法对含碳量进行标定：分别采集上述q种不同含碳量粉尘样本所对应的静电信号序列
Figure GDA0002367318970000053
其中i＝1,2,…,q；对静电信号序列做平方和累加，以得到含碳量为ci的粉尘样本所对应的信号能量值，记作f(ci,k)，其中
Figure GDA0002367318970000054
以信号能量值f(ci,k)对不同粉尘颗粒样本的含碳量ci进行标定。
步骤3：对含碳量ci与信号能量值f(ci,k)进行样条插值，得到三次样条插值曲线，并进行离散化处理，得到含碳量ci与信号能量值f(ci,k)对应的离散化表；所得到的三次样条插值曲线为一条随ci增大而减小的单调曲线，对于曲线的离散化处理，在含碳量为c1到cq之间，每间隔
Figure GDA0002367318970000055
取一个点，共得到100个离散点(ci,f(ci,k))，其中i＝1,2,…,100，做含碳量ci与信号能量f(ci,k)对应表。
步骤4：对于待测含碳量的粉尘样本，设其含碳量为cp，采集一段时间的交流静电信号序列
Figure GDA0002367318970000056
其中k＝1,2,…,n；计算信号能量值
Figure GDA0002367318970000057
通过查表法求出该待测粉尘样本的含碳量cp的测量值。
对于待测含碳量的粉尘样本的静电信号序列
Figure GDA0002367318970000058
进行采集时，采集时间保证与上述标定的q种粉尘样本的采集时间相同；通过查表反算法求得信号能量为f(cp,k)的未知粉尘样本的含碳量cp，其具体步骤为：
步骤4.1:采集一段时间的待测含碳量粉尘样本的气固两相流交流信号序列
Figure GDA0002367318970000061
其中k＝1,2,…,n，求得该含碳量对应的信号能量值
Figure GDA0002367318970000062
步骤4.2：通过查表法，求得min{error＝|f(cp,k)-f(ci,k)|}时的ci，即为未知粉尘颗粒的含碳量cp，即cp＝ci。
本发明基于粉尘颗粒样本中含碳量越高，所带静电信号越小的原理，采用信号能量法，用信号能量值f(ci,k)对不同含碳量ci的粉尘颗粒样本进行标定，并对其进行三次样条插值拟合、离散化处理以得到粉尘颗粒含碳量与其信号能量的对应表。通过查表法，便可求出信号能量值为f(cp,k)的未知粉尘颗粒的含碳量值。该方法能够对流经管道粉尘颗粒的含碳量进行实时、准确的测量。
以上所述为本发明较佳实施例，对于本领域的普通技术人员而言，根据本发明的教导，在不脱离本发明的原理与精神的情况下，对实施方式所进行的改变、修改、替换和变型仍落入本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于信号能量法的气固两相流粉尘含碳量测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：现有q种含碳量分别为c1,c2,…,cq的粉尘样本，其中c1＜c2＜…＜cq，对于流经管道的含碳量为ci，ci为第i种粉尘样本的含碳量，其中i＝1,2,…,q的粉尘颗粒，基于静电传感器采集一段时间的气固两相流交流静电信号，以得到交流静电信号序列
Figure FDA0002367318960000011
为含碳量为ci的第i种粉尘样本所对应的静电信号序列，其中k＝1,2,…,n；
步骤2：用信号能量法对含碳量进行标定：分别采集上述q种不同含碳量粉尘样本所对应的静电信号序列
Figure FDA0002367318960000012
其中i＝1,2,…,q；对静电信号序列做平方和累加，以得到含碳量为ci的粉尘样本所对应的信号能量值，记作f(ci,k)，其中
Figure FDA0002367318960000013
步骤3：对含碳量ci与信号能量值f(ci,k)进行样条插值，得到三次样条插值曲线，并进行离散化处理，得到含碳量ci与信号能量值f(ci,k)对应的离散化表；
步骤4：对于待测含碳量的粉尘样本，设其含碳量为cp，采集一段时间的交流静电信号序列
Figure FDA0002367318960000014
其中k＝1,2,…,n；计算信号能量值
Figure FDA0002367318960000015
通过查表法求出该待测粉尘样本的含碳量cp的测量值。
2.根据权利要求1所述的一种基于信号能量法的气固两相流粉尘含碳量测量方法，其特征在于，所述步骤1是利用静电传感器所检测到的微弱静电信号经过信号放大、滤波调理电路，信号采集模块得到一段时间的气固两相流交流静电信号序列
Figure FDA0002367318960000021
3.根据权利要求1所述的一种基于信号能量法的气固两相流粉尘含碳量测量方法，其特征在于，所述步骤2是以信号能量值f(ci,k)对不同粉尘颗粒样本的含碳量ci进行标定。
4.根据权利要求1所述的一种基于信号能量法的气固两相流粉尘含碳量测量方法，其特征在于，所述步骤3所得到的三次样条插值曲线为一条随ci增大而减小的单调曲线，对于曲线的离散化处理，在含碳量为c1到cq之间，每间隔
Figure FDA0002367318960000022
取一个点，共得到100个离散点(ci,f(ci,k))，其中i＝1,2,…,100，做含碳量ci与信号能量f(ci,k)对应表。
5.根据权利要求1所述的一种基于信号能量法的气固两相流粉尘含碳量测量方法，其特征在于，所述步骤4中对于待测含碳量的粉尘样本的静电信号序列
Figure FDA0002367318960000023
进行采集时，采集时间保证与上述标定的q种粉尘样本的采集时间相同。
6.根据权利要求5所述的一种基于信号能量法的气固两相流粉尘含碳量测量方法，其特征在于，所述步骤4中通过查表反算法求得信号能量为f(cp,k)的未知粉尘样本的含碳量cp，其具体步骤为：
步骤4.1:采集一段时间的待测含碳量粉尘样本的气固两相流交流信号序列
Figure FDA0002367318960000024
其中k＝1,2,…,n，求得该含碳量对应的信号能量值
Figure FDA0002367318960000025
步骤4.2：通过查表法，求得min{error＝|f(cp,k)-f(ci,k)|}时的ci，即为未知粉尘颗粒的含碳量cp，即cp＝ci。
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