炉膛燃烧噪声环境下声波飞行时间测量方法研究

摘要

声学法炉膛温度场分布测量技术作为一种非接触式高温测量方法，其关键在于对炉膛声波飞行时间进行精确地测量。本文针对炉膛燃烧噪声环境下声波飞行时间的测量方法进行了深入地研究，在研究的过程中，主要完成如下工作： 1.对国内外炉膛声波飞行时间测量技术的发展与现状进行了综述。 2.对实际燃煤锅炉炉膛燃烧噪声进行了采集，并对其进行了特征分析，研究了其幅频特性和概率分布。研究结果表明，实际炉膛燃烧噪声的频率成分主要分布在400Hz以下的低频段。为了实现对接收信号的高效滤波降噪处理，可将声源信号的下限频率设定为500Hz。另外，鉴于高频信号在高温烟气中的衰减特性，最终确定用于声学法炉膛温度场测量技术中的声源信号的频带范围在500-2000Hz之间。在对全频段的炉膛燃烧噪声的概率分布的分析过程中得出，噪声数据的分布近似于均值为零的高斯分布，在对频带500-2000Hz之间的噪声数据的概率分布进行统计时发现，与声源信号频带重叠的噪声数据的分布也近似于均值为零的高斯分布。 3.针对互相关函数法声波飞行时间测量中声源信号的选取问题进行了研究。仿真实验结果表明，在相关法声波飞行时间测量中，声源信号的抗噪性能不仅与信号的频率范围有关，而且还取决于有效带宽。通过对相同实验条件下的伪随机信号、线性扫频信号、二次扫频信号以及对数扫频信号进行抗噪性能比较得出，在四种声源信号中线性扫频信号具有更强的抗噪声干扰能力。 4.研究和尝试了广义相关时延估计和基于小波变换的相关时延估计方法在炉膛声波飞行时间测量中的应用，并通过仿真实验和基于实际炉膛燃烧噪声的实验对两者的抗噪性能进行了研究。结果表明，广义相关时延估计方法的抗噪性能要好于直接相关时延估计和基于小波变换的相关时延估计方法。广义相关时延估计和基于小波变换的相关时延估计方法，其实质都是在对接收信号进行相关时延估计之前进行降噪处理，但两者的性能却相差有别，通过理论分析得出，结果产生的原因来自于小波非线性阈值降噪方法并不适合于对线性扫频信号进行降噪处理。 5.提出了一种新的基于主动声源的声波飞行时间测量方法，并通过仿真实验和基于实际的燃煤锅炉燃烧噪声的实验对该方法的抗噪性能进行了研究，实验结果表明，该方法的抗噪性能要强于广义相关时延估计方法，其不仅能够在更低的信噪比下准确地测量声波飞行时间，而且从实现原理上避免了相关噪声对声波飞行时间测量的影响，更适合应用在实际的炉膛燃烧环境中。

目录

文摘

英文文摘

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第一章绪论

第二章燃煤锅炉炉膛燃烧噪声分析

第三章声源信号发生形式的选择

第四章广义相关时延估计在炉膛声波飞行时间测量中的应用

第五章小波变换在炉膛声波飞行时间测量中的应用

5.1引言

5.2小波变换理论基础

5.3基于小波变换的相关时延估计

5.4实验与结果分析

5.5本章小结

第六章基于主动声源的声波飞行时间测量方法

第七章全文总结

参考文献

致谢

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