烟道式微波测碳仪及双参量六端口系统研究

摘要

飞灰含碳量是反映发电厂锅炉燃烧效率的重要参数，是电厂锅炉运行的主要经济指标和技术指标之一。飞灰含碳量过高，将会造成严重的经济损失和环境污染。随着电力体制的改革和燃烧技术的发展，电力生产企业更多地关注电厂锅炉的燃烧效率。合理地控制飞灰含碳量，不仅能够降低生产成本，提高燃煤的有效利用率，而且还能降低环境污染，对国民经济的发展具有十分重要的意义。 为了提高传统烟道式微波测碳仪的测量精度和系统的实时特性，降低飞灰密度变化对含碳量所产生的影响，本研究尝试将双参量传输系统的测试原理运用到微波测碳仪的设计中，同时测量微波信号穿过烟道后的功率衰减和相位变化，并首次将六端口技术运用在微波测碳仪系统的设计中，开发研制出了双参量六端口测试系统。本论文主要完成的工作包括： (一)分析了微波飞灰测碳仪的工作原理和发展趋势，并根据项目需求，对传统的设计结构进行了改进，即利用高精度的工业数据采集卡取代传统的单片机电路，研制开发出新一代烟道在线式微波测碳仪；在实验室完成了相关软硬件的设计和系统的搭建，并开展了大量的实验研究工作；最后根据合作方的要求，将本系统应用于实际电厂实验，取得了良好的效果。 (二)对六端口网络和双参量测试系统的工作原理进行了详细分析，包括六端口电路的结构选择与设计、双参量测试系统的基本原理、双参量理想系统模型和实际系统模型的建立及数学推导、六端口系统的校准方法等；再根据系统的需求，确定了整体设计方案；最后运用电磁场仿真软件ADS和HFSS分别进行了六端口电路和双参量系统的仿真设计和测试。 (三)根据双参量测试系统的结构设计方案，作者利用相关的微波器件及电路模块，搭建了完善的双参量六端口测试系统，做了大量的实验研究工作并收集了相关的实验数据；通过对实验数据与仿真结果的对比分析，验证了该设计方案的可行性和实用性；最后对系统的测试精度和功率测量误差进行了分析，提出了降低系统功率测量误差的改进措施。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1论文的研究意义

1.2 国内外的研究现状和发展趋势

1.2.1 国内外研究现状

1.2.2发展趋势

1.3论文的工作安排及创新点

第二章微波测碳仪系统

2.1微波测碳仪的基本原理

2.2微波测碳仪的系统结构

2.2.1微波发射单元

2.2.2微波接收单元

第三章烟道式微波测碳仪设计

3.1项目简介

3.2系统器件选择及参数介绍

3.2.1微波振荡器

3.2.2隔离器

3.2.3可变衰减器

3.2.4定向耦合器

3.2.5微波检波器

3.2.6发射(接收)天线

3.2.7电压隔离传感器

3.2.8数据采集模块

3.2.9实验箱体

3.3软件界面设计

3.4收发系统的安装

3.5测试数据分析及结论

第四章双参量六端口测试系统

4.1双参量传输法原理

4.2六端口应用于双参量系统

4.3双参量六端口系统分析

4.3.1衰减和相移的理想模型

4.3.2衰减和相移的实际模型

4.4双参量六端口系统的校准

第五章双参量六端口系统仿真设计

5.1六端口电路结构选取

5.2 3dB定向耦合器

5.3微带五端口结

5.4微带六端口电路

5.5双参量六端口系统仿真

第六章系统搭建及实测结果分析

6.1系统相关器件介绍

6.2系统整体结构

6.3实时界面

6.4系统常数的校准

6.5测试数据及结果分析

6.6功率测量误差及改善方法

6.6.1功率误差分析

6.6.2改善功率测量误差的方法

第七章结论及展望

7.1工作总结

7.2工作展望

致 谢

参考文献

攻硕期间取得的研究成果