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。

1 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀

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。

2 泄漏檢測的基本理論

2.1 正弦波的合成方波原理

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:

2.2 積化和差基本原理

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；

3 MATLAB系統(tǒng)仿真

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

[1]姜根山.鍋爐管道泄漏聲行為特性研究：[博士學位論文].保定：華北電力大學能源與動力工程學院，2006

[2]丁盛. 鍋爐“四管”泄漏聲學監(jiān)測系統(tǒng)：[碩士學位論文].保定：華北電力大學能源與動力工程學院，2005

[3]Zhang Yi-heng，Cui Qi-mei，Li Yu-xiang，et，al.A Novel TOA Estimation Method with Effective NLOS Error Reduction.The Journal of China Universities of Posts and Teleconmmunica tions,2008,15(1):32-37

[4]王琳,姜根山.爐內(nèi)管道泄漏聲監(jiān)測與定位系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀.應用聲學，2010.

[5]嚴方，鍋爐爐管泄漏自動報警裝置改造方案[J].中國科技成果，2013(7):56-58.

[6]溫建春.淺析鍋爐爐管泄漏報警系統(tǒng)的應用問題[J].技術(shù)與市場，2012(7):15-17.