劉志東 吉林化工學院 信息與控制工程學院
鍋爐爐管泄露檢測裝置是通過傳感器捕獲爐管泄露時所產(chǎn)生的具有一定響聲的聲音信號,通過對其頻譜分析,推算出真實泄漏點所產(chǎn)生聲音波形的頻率和幅值,當爐管泄露頻點幅值或頻率超出安全值時報警。
傳統(tǒng)檢測爐管泄露與否,主要是根據(jù)工作人員現(xiàn)場勘察巡視,觀看現(xiàn)場壓力、溫度和水量等情況進行人為判斷,但可靠性較低,易使設(shè)備發(fā)生停機事故,造成不必要的經(jīng)濟損失?,F(xiàn)如今比較主流的是聲譜分析法,能夠檢測直徑在2mm以下的漏洞,使用方便,且安裝簡單,實現(xiàn)對泄漏點的實時報警?;趪鴥?nèi)外爐管泄露檢測的現(xiàn)狀,本文在聲譜分析的基礎(chǔ)上,實現(xiàn)其硬件成本降低,CPU處理時效率也會更高。
進入20世紀,隨著智能電子技術(shù)的快速發(fā)展,用可靠的數(shù)字集成電路實現(xiàn)了對復雜電子信號的處理,因而出現(xiàn)了一種新的系統(tǒng)設(shè)計方案:傳感器+前置放大器+主控電路,不但增加了系統(tǒng)的可靠性,而且還節(jié)約了成本。產(chǎn)品的主要功能:爐管泄漏檢測、自檢、顯示等功能。但是這項技術(shù)只能檢測漏點的聲壓級特性,致使傳感器反應不靈敏。
在英國(Lintvalve)、美國(ABB公司)、南非(Instrotech)等,都采用了聲譜分析技術(shù)的Inspectafft鍋爐管道泄漏檢測技術(shù),從泄漏圓檢測聲譜特性來判斷是否泄漏,并且與“濾波電路”相融合,其典型結(jié)構(gòu)有五部分組成:檢測探頭、濾波電路、主控電路、放大電路、A/D轉(zhuǎn)換。系統(tǒng)能夠在濾出鍋爐背景噪音后檢測泄漏點頻譜特性,并對其加以診斷,比前一項技術(shù)在靈敏度上提高很多。但是對泄漏點的頻率和幅值上誤差較大,難以做出更加準確的判斷。
根據(jù)三角傅里葉級數(shù)定義可知:
對任意周期T內(nèi)的f(t),都可以求出函數(shù)在(t1,t1+T)內(nèi)表示形式:
方波函數(shù)表達式:
把f(t)展開為三角級數(shù),在區(qū)間(0,T)內(nèi)表示為:
積化和差,是指高等數(shù)學三角函數(shù)中的一組恒等式。 所有乘積項中的三角函數(shù)是否同名,化為和差形式時,都應是同名三角函數(shù)的和差。設(shè)正弦波與方波的峰值相同且為1,
相當于對上式子在時間T內(nèi)進行積分運算。又因三角函數(shù)的正交性質(zhì),故除第一項之外,后面所有項的積分為零,即為:
則由積化和差原理可得:
上述信號經(jīng)過低通濾波器,由于低通濾波器濾波作用,最終表達式為:
綜上所述,若正弦波與方波的峰值分別為Um,Un,則有;
作為新技術(shù)的實現(xiàn)的前提條件,需要對整個系統(tǒng)進行軟件仿真。在MATLAB下的SIMLINK仿真模塊,具備強大的仿真能力,能夠?qū)φ麄€系統(tǒng)做出很好的仿真效果。進行MATLAB仿真模型搭建,如圖2所示。信號輸入為正弦波與方波,再將兩種波相乘,利用四階低通濾波器的積分作用,觀察輸出結(jié)果。由積化和差基本原理可知:當頻率相合的時,輸出結(jié)果只有直流分量;當頻率不相合時,輸出為兩輸入波形差值的正弦波。如圖3、圖4所示。
圖2 仿真模型搭建
圖3 頻率相合輸出直流分量
圖4 頻率不相合輸出正弦波
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