平面八元阵列电站锅炉承压管泄漏定位方法

摘要

本发明公开了属于火力发电电站锅炉泄漏监测技术领域的一种平面八元阵列电站锅炉承压管泄漏定位方法。依托现有的声波测温系统中开发出基于平面八元阵列的8个测点水冷壁泄漏定位系统。通过最小均方算法的自适应滤波器法得到时间迟延估计，并采用基于蜂窝网络的到达时间差定位TDOA定位系统中的改进成三维空间算法的CHAN算法实现锅炉承压管的泄漏的精确位置定位。本次阵列布置方式是参考了现有的声波测温技术的布置方式，即能够同时进行测温和泄漏信号的定位，本发明提供一种有效的、精确的锅炉承压管泄漏定位方法。

主权项

一种平面八元阵列电站锅炉承压管泄漏定位方法，其特征在于，将八个传声器布置在电站锅炉炉膛内一个横截水平平面内组成八元阵列，使用传声器收集锅炉内泄漏信号，通过对八个传声器收集的声信号进行处理，得出声音到达不同位置传声器的时间差，再根据目标与传声器位置之间的几何关系确定出其泄漏位置；具体定位步骤如下：步骤一：定义传声器i为第i个传声器，i为1‑8的正整数；S为泄漏点，各传声器坐标分别为第1传声器 (a,0,0)，第2传声器 (a1,0,0)，第3传声器 (a2,b,0)，第4传声器 (a2,b1,0)，第5传声器 (a1,b2,0)，第6传声器 (a,b2,0)，第7传声器 (0,b1,0)，第8传声器 (0,b,0)，若泄漏点S坐标为(x, y, z)，泄漏点S到传声器i与传声器j的时间迟延用τij表示；其中，a,a1,a2,b,b1,b2分别为所述平面声阵列的长度和宽度； 得到用于确定泄漏声源的双曲面定位方程组为： cτ ij = | | ΔS i | - | ΔS j | | ; 式中：c为炉膛声波的传播速度；ΔSi为泄漏声源到i传声器的距离；ΔSj为泄漏声源到j传声器的距离；τij为到达时间差定位TDOA，用最小均方LMS自适应滤波器法求出；步骤二：通过LMS算法的自适应滤波器法计算各路信号之间的时间延迟效应；首先将时间延迟效应进行自适应滤波器的参数转化；即将信号之间的延时效应看做信号通过一个传递函数为H(f)=e‑j2tD的滤波器的效应，源信号s(n)到s(n‑D)的延迟等效为H(f)的输出：其中n表示时间变量，n‑D也为时间变量。  s(n)表示n时刻源信号的表达式    s(n‑D)表示n‑D时刻的源信号表达式 s ( n - D ) = s ( n ) * h ( n ) = Σ m = - ∞ ∞ h ( m ) s ( n - m ) 式中，h(m)为H(f)的单位脉冲响应函数。其次，FIR滤波器参数的自适应实现，频域等价形式： H ( f ) = G x 1 x 2 ( f ) G x 1 x 1 ( f )  变换到时域，有： h ( m ) = F ( - 1 ) [ G x 1 x 2 ( f ) G x 1 x 1 ( f ) ] 式中，Gx1x2(f)和Gx1x1(f)分别为两信号的自功率谱和互功率谱。利用自适应滤波器，得到时延估计值。当自适应过程收敛时，h(m)取最大值时的m值，即为时延估计值。步骤三：泄漏信号S的初始位置为(x, y, z)，已知第i个传声器的位置为(xi,yi,zi)，和泄漏点S之间的距离为Ri，那么： R i 2 = K i - 2 X i x - 2 Y i y - 2 Y i z + x 2 + y 2 + z 2 - - - ( 2 ) 其中，Ki=Xi2+Yi2+Zi2,i=1,2,3...，令Ri,1表示泄漏点S与传声器i和泄漏点S与传声器1的距离差，则： R i , 1 = cτ i , 1 = R i - R 1 - - - ( 3 ) 其中，c为当地声速，τi,1为TDOA测量值。将方程（2）先进行线性化处理，则 R i 2 = ( R i , 1 + R 1 ) 2 = R i , 1 2 + 2 R i , 1 R 1 + R 1 2 - - - ( 4 ) 取i=1，则式（3）为： R 1 2 = K 1 - 2 X 1 x - 2 Y 1 y - 2 Z 1 z + x 2 + y 2 + z 2 - - - ( 5 ) 令式(3)与式(4)相减得： R i , 1 2 + 2 R i , 1 R 1 = K i - 2 X i , 1 x - 2 Y i , 1 y - 2 Z i , 1 z - K 1 - - - ( 6 ) 式中，Xi,1=Xi‑X1，Yi,1=Yi‑Y1，Zi,1=Zi‑Z1。若视x，y，z，R1为未知数，则式（6）可以视为线性方程组，求解该方程组可得泄漏信号S的坐标位置；若要进行三维空间定位，则最少需要4只传声器，当有且只有4个传声器时，可测得3个TDOA值。在此假定R1为已知，则S位置(x，y，z)由式错误!未找到引用源。展开成下式： x y z = - X 2,1 Y 2,1 Z 2,1 X 3,1 Y 3,1 Z 3,1 X 4 , , 1 Y 4 , 1 Z 4,1 - 1 { R 2,1 R 3,1 R 4,1 R 1 + 1 2 R 2,1 2 - K 2 + K 1 R 3,1 2 - K 3 + K 1 R 4,1 2 - K 4 + K 1 } - - - ( 7 ) 式中，Ki=Xi2+Yi2+Zi2,i=1,2,3...将式（5‑6）代人式（5‑1），取i=1，可得有关R1的二次方程，将所得正根代回式（5‑6），即得泄漏点S的估计位置；根据炉膛内运行环境等先验信息来消除式（5‑6）中的模糊性。