一种电站锅炉声波测温发送装置的制作方法

本发明一种电站锅炉声波测温发送装置，属于电站锅炉声波测温发送装置技术领域。

背景技术：

能源是国民经济发展和社会稳定的关键，在我国能源结构中，热力发电供能占比在70%左右，而锅炉作为电厂三大主要设备之一，它的安全高效运行直接影响到机组的经济性和安全性，电站锅炉鉴于其巨大的耗能及产物排放状况，早己成为环保部重要的监管对象；由于电站锅炉炉膛内的燃烧过程是一种非常复杂的悬浮燃烧，随机揣流，瞬态变化，工况不稳定，如果不能确定炉膛内的温度场，就不能及时对锅炉运行状况进行适当调整，将极易导致燃料颗粒燃烧不完全，锅炉热效率降低，机组运行经济性下降，会产生更多的氮氧化物及粉尘等污染物，火焰中屯、偏斜，冲刷水冷壁，可能导致停机，更可能发生爆管等安全事故；因此对锅炉炉膛内的温度场进行监测就显得十分重要。

锅炉炉膛温度测量方法主要有热电偶测温、紅外光谱测温、光纤测温、福射测温、激光光谱测温和声学测温等；

热电偶测温时需要把测量端直接与待测温度场接触，由于炉膛内燃烧脉动，热电偶与环境难以达到热平衡，并且由于热电偶的耐温限制和测量方式，使得该方法只能短时间测量单点温度，故障率高，操作量大；

红外光谱测温因为炉膛内燃烧过程中产生气体成分及含量复杂，存在大量干扰和吸收，导致误差较大；

光纤测温是对传统测温方法的补充与提高，以ｗ耐高湿的蓝宝石为基体，在其表面巧金属薄膜形成黒体腔，测温方式与热电偶相似，但具有使用寿命长，动态响应快等优点，然而光纤传感器存在价格高昂，只能局部测温等缺点；

箱射测温方法利用planck辐射定律，利用摄像头摄取火焰图像，根据双色法辐射温度检测原理进行炉内温度计算，随着计算机的发展，火焰图像处理技术前景广阔，但在实时测量和三维温度场重建方面存在技术短板，还原装置及方法尚不成熟；

激光光谱测温的基本原理是玻尔兹曼方程通过布置多条光路，可以实现温度场的空间测量，但现在主要局限在实验研究阶段，还有许多研究工作需要做。

声波测温是利用声音在不同温度的介质中传播速度不同的原理，通过布置多个声波传感器，组成声波测湿路径网络，根据相应的温度场重建算法进行炉膛温度场的复现，具有实时在线监测，响应快，对原温度场干扰影响小，能适应高温，多尘等恶劣环境等优点，声学测温技术相较上述其他的测温方法更适合于火电厂电站锅炉测温的应用；电站锅炉炉内温度场是决定锅炉安全、经济运行、节能减排的重要因素，声学测温技术作为一种先进的非接触测温技术，具有实时在线监测、全场测量等诸多优点，在锅炉炉膛温度场测量方面具有很好的应用前景。

国外声学测温技术研究比较早，并已投入商用，国内这方面研究起步比较晚，在国内众多学者的研究下，也取得了阶段性的进展，但温度场重建精度还需进一步提髙，在温度场重建过程中只考虑了温度场的影响，并没有将流场影响计算在内；另外一个因素就是受声波发射器本身结构功能的制约，结构复杂，成本较高，寿命短，测量精度不稳定，虽然加装声波导管可解决这种问题，但这会对声波传播产生一定的影响，因此对声波测温的发送装置进行改进便很迫切。

技术实现要素：

本发明为克服现有技术存在的不足，所要解决的技术问题为：提供一种结构简单，使用简便，测量精度高的电站锅炉声波测温发送装置；为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种电站锅炉声波测温发送装置，包括中央控制器、功率放大装置、光耦隔离装置、换能器驱动装置，所述中央控制器的信号输出端与功率放大装置的输入端相连，所述功率放大装置的输出端与光耦隔离装置的输入端相连，所述光耦隔离装置的输出端与换能器驱动装置的输入端相连；

所述换能器驱动装置的输出端设置有声波发射端口，所述声波发射端口产生的测温声波穿过电站锅炉炉腔后被声波接收装置接收；

所述声波接收装置的输出端与中央控制器的信号输入端相连。

所述功率放大装置、光耦隔离装置和换能器驱动装置的电路结构为：

所述中央控制器的信号输出端与电压比较器u1的3脚相连；

所述电压比较器u1的2脚依次并接电阻r2的一端，电容c1的一端后与电阻r1的一端相连，所述电阻r2的另一端并接电容c1的另一端后接地，所述电阻r1的另一端接3.3v输入电源；

所述电压比较器u1的4脚接地；

所述电压比较器u1的8脚接15v输入电源；

所述电压比较器u1的1脚并接电阻r3的一端后与光电耦合器u2的2脚相连；

所述光电耦合器u2的3脚和5脚接地；

所述光电耦合器u2的8脚并接电阻r4的一端，电容c2的一端后与16v输入电源相连，所述电容c2的另一端接地；

所述光电耦合器u2的6脚并接电阻r4的另一端，mos管q1的栅极后与mos管q2的栅极相连；

所述mos管q1的栅极与源极之间并接有电阻r5，所述mos管q2的栅极与源极之间并接有电阻r6；

所述mos管q1的源极与漏极之间并接有稳压二极管d1，

所述mos管q2的源极与漏极之间并接有稳压二极管d2；

所述mos管q1的漏极并接电阻r7的一端后与变压器t1的一个输入端相连，

所述mos管q2的漏极并接电容c3的一端后与变压器t1的另一个输入端相连，所述电容c3的另一端与电阻r7的另一端相连；

所述变压器t1的一个输出端并接电阻r8的一端后与声波发射端口p1相连，所述变压器t1的另一个输出端串接二极管d3后与电阻r8的另一端相连。

所述电压比较器u1的型号为lm293；所述光电耦合器u2的型号为hcnw4503。

所述中央控制器还连接有显示器和键盘。

本发明相对于现有技术具备的有益效果为：本发明通过在声波发送装置中设置多段放大与隔离电路，可以接收中央控制器发送的方波信号并进行放大，可以对电站锅炉内部不同部位的温度进行测量，并还原出锅炉内部的温度场，整个测温装置结构简单，在测量过程中可将多个声波发送装置根据实际情况自由设置于电锅炉外围任何位置，使用简便，采用声波测温方式，可进行在线测温，测量精度高，受干扰小，可推广使用。

附图说明

下面结合附图对本发明做进一步说明：

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的电路结构示意图；

图中：1为中央控制器、2为功率放大装置、3为光耦隔离装置、4为换能器驱动装置、5为声波接收装置。

具体实施方式

如图1和图2所示，本发明一种电站锅炉声波测温发送装置，包括中央控制器1、功率放大装置2、光耦隔离装置3、换能器驱动装置4，所述中央控制器1的信号输出端与功率放大装置2的输入端相连，所述功率放大装置2的输出端与光耦隔离装置3的输入端相连，所述光耦隔离装置3的输出端与换能器驱动装置4的输入端相连；

所述换能器驱动装置4的输出端设置有声波发射端口，所述声波发射端口产生的测温声波穿过电站锅炉炉腔后被声波接收装置5接收；

所述声波接收装置5的输出端与中央控制器1的信号输入端相连。

所述功率放大装置2、光耦隔离装置3和换能器驱动装置4的电路结构为：

所述中央控制器1的信号输出端与电压比较器u1的3脚相连；

所述电压比较器u1的2脚依次并接电阻r2的一端，电容c1的一端后与电阻r1的一端相连，所述电阻r2的另一端并接电容c1的另一端后接地，所述电阻r1的另一端接3.3v输入电源；

所述电压比较器u1的4脚接地；

所述电压比较器u1的8脚接15v输入电源；

所述电压比较器u1的1脚并接电阻r3的一端后与光电耦合器u2的2脚相连；

所述光电耦合器u2的3脚和5脚接地；

所述光电耦合器u2的8脚并接电阻r4的一端，电容c2的一端后与16v输入电源相连，所述电容c2的另一端接地；

所述光电耦合器u2的6脚并接电阻r4的另一端，mos管q1的栅极后与mos管q2的栅极相连；

所述mos管q1的栅极与源极之间并接有电阻r5，所述mos管q2的栅极与源极之间并接有电阻r6；

所述mos管q1的源极与漏极之间并接有稳压二极管d1，

所述mos管q2的源极与漏极之间并接有稳压二极管d2；

所述mos管q1的漏极并接电阻r7的一端后与变压器t1的一个输入端相连，

所述mos管q2的漏极并接电容c3的一端后与变压器t1的另一个输入端相连，所述电容c3的另一端与电阻r7的另一端相连；

所述变压器t1的一个输出端并接电阻r8的一端后与声波发射端口p1相连，所述变压器t1的另一个输出端串接二极管d3后与电阻r8的另一端相连。

所述电压比较器u1的型号为lm293；所述光电耦合器u2的型号为hcnw4503。

所述中央控制器1还连接有显示器和键盘。

本发明提供一种声波测温发送装置，在重建电锅炉炉膛内部温度场过程中测量获得准确发射的声波在炉膛内的传播时间，另一方面温度场重建过程中需要考虑声波传播路径由于炉膛内温度场和流场作用产生弯曲效应会使测量结果有误差；由声学测温原理可知，声波在每条路径上的传播距离是可以通过测量来得到的，所以只需要得到一组声波渡越的时间数据，就可以将待测锅炉截面的温度场完成重建，因此需要设置声波测温系统来对声波飞渡时间的数据进行采集，并将采集到的数据传送给单片机的中央控制器1做进一步的处理，最终实现对锅炉内部二维温度场的重建。

所述声波测温发送装置通过控制电压比较器u1将pwm端子接到中央控制器1的信号输出端引脚上，使单片机产生的pwm信号可以通过发射电路驱动发射器工作；为了对控制电压进行放大，可以设置变压器t1和耦合式电路完成升压，同时变压器t1、mos管q1和q2构成了逆变电路，将输入的直流信号变为交流信号，由驱动电路输出的信号驱动变压器t1、mos管q1和q2构成单端激励方式，其中mos管起开关作用，当输入信号是高电压时，mos管打开，变压器输出端输出一个低电平信号，当输入的信号为低电压时，mos管闭合，变压器输出端输出一个高电平信号，信号经过变压器和mos管变为升压后的交流信号，加载到换能器驱动装置4上，引起声波换能器的振动，将声音发送出去。

所述声波接收装置5的输出端接到中央控制器1的adc引脚进行模数转换。

在使用时，通过编程可以实现中央控制器1发出特定频率的方波，中央控制器1发出的方波信号通过功率放大装置2进行放大，然后驱动光耦隔离装置3，实现电源地与控制地隔离，最后通过换能器驱动装置4引起换能器驱动器振动产生声波。

整个声波发送电路中，电阻r1、r2、电容c1以及电压比较器u1组成功率放大电路，电阻r3、r4、电容c2以及光电耦合器u2组成光耦隔离电路，mos管q1、q2和变压器t1组成逆变升压电路即换能器驱动电路，可将输入的直流信号变为高压交流信号，从而驱动换能器振动，另外电阻r5和r6既是限流电阻又起下拉电阻的作用，稳压二极管d1和d2的作用分别是防止mos管q1、q2的反向电流过大烧坏mos管。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。