[发明专利]一种锅炉内气液二相分布场的检测装置及检测方法

说明书

本发明公开了一种锅炉内气液二相分布场的检测装置，涉及超声成像领域，包括设于锅炉内管壁上的多个液体超声换能器和气体超声换能器，至少部分所述液体超声换能器和气体超声换能器交替布置，且所述液体超声换能器和气体超声换能器位于同一平面上。本发明提供的锅炉内气液二相分布场的检测装置，可通过超声成像的方法检测出锅炉内气液二相分布场，测量尺度大，适用范围广。

技术领域

本发明涉及超声成像领域，具体涉及一种锅炉内气液二相分布场的检测装置及检测方法。

背景技术

锅炉内气液二相分布场及温度场直接影响锅炉的安全性，检测锅炉内气液二相分布场及温度场尤为重要。现有电容层析成像、电阻层析成像等二相场测量技术，通过传感器检测锅炉内电阻电容分布情况，得到气液二相分布场。

然而，上述方法仅适用于管壁不导电的锅炉，而管壁导电将会影响检测到的电阻电容情况，无法通过传感器进行检测。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种锅炉内气液二相分布场的检测装置，可通过超声成像的方法检测出锅炉内气液二相分布场，适用范围广。

为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：

一种锅炉内气液二相分布场的检测装置，包括：设于锅炉内管壁上的多个液体超声换能器和气体超声换能器，至少部分所述液体超声换能器和气体超声换能器交替布置，且所述液体超声换能器和气体超声换能器位于同一平面上。

在上述技术方案的基础上，所述液体超声换能器和气体超声换能器结构相同，所述液体超声换能器包括一半圆筒状的收发体和U型外壳，所述收发体包括位于外侧的匹配层和位于内侧的压电陶瓷层，所述收发体和外壳形成一空腔体，所述空腔体内填满背衬，所述液体超声换能器的压电陶瓷层的中心谐振频率和气体超声换能器的压电陶瓷层的中心谐振频率不同。

在上述技术方案的基础上，所有所述液体超声换能器和气体超声换能器交替布置，相邻的液体超声换能器和气体超声换能器间距相等。

本发明还提供了一种锅炉内气液二相分布场的检测方法，包括如下步骤：

S1：激励液体超声换能器和气体超声换能器发射和接收超声波信号；

S2：处理所有液体超声换能器和气体超声换能器接收到的超声波信号，得到液体超声换能器和气体超声换能器超声波信号的幅值、以及超声波信号从发射到接收的飞行时间；

S3：计算超声波在气体空间的平均声速，并根据气体超声换能器的位置、以及气体超声换能器的超声波沿反射路径传播的飞行时间，计算锅炉内气体空间和液体空间的交界面位置；

S4：测量并比较液体超声换能器在无气泡阻隔的液体环境下和待测液体空间内接收到的超声波信号的幅值，得到待测液体空间中气泡的大小和位置，计算锅炉内液体空间二相分布场。

在上述技术方案的基础上，步骤S1的具体步骤包括：每次激励一液体超声换能器和一气体超声换能器发射超声波信号，所有液体超声换能器和气体超声换能器接收超声波信号，直至激励完所有液体超声换能器和气体超声换能器。

在上述技术方案的基础上，步骤S2中得到超声波信号的幅值的具体步骤包括：采用高速AD对液体超声换能器和气体超声换能器接收到的超声波信号进行采样，根据超声波的气体声速和液体声速获得超声波信号的到达时间窗，并根据到达时间窗内采集到超声波信号的最大峰峰值确定接收到的超声波信号的幅值。

在上述技术方案的基础上，步骤S2中得到气体超声换能器超声波信号从发射到接收的飞行时间的具体步骤包括：

将气体超声换能器在已知温度、介质分布的条件下接收到的超声波信号作为参考信号；