[发明专利]一种声学法测量烟道内烟气流速的装置及方法

权利要求书

1.一种声学法测量烟道内烟气流速的装置，其特征在于：包括控制机柜、声波发射装置和声波接收装置，声波发射装置和声波接收装置相对设置在烟道外壁的两侧；其中，控制机柜包括工控机、信号发送采集模块、功率放大器和信号调理模块，工控机通过电缆与信号发送采集模块连接，信号发送采集模块分别通过电缆与功率放大器和信号调理模块连接，声波发射装置通过电缆与功率放大器连接，声波接收装置通过电缆与信号调理模块连接。

2.根据权利要求1所述的声学法测量烟道内烟气流速的装置，其特征在于：所述控制机柜还包括电源模块、断路器I、断路器II、排风扇和模拟量输出模块，工业现场的电源分别给断路器I、排风扇和功率放大器供电，断路器I的通断控制对断路器II的供电；断路器II的通断控制对电源模块的供电；电源模块给工控机、信号发送接收模块、信号调理模块和模拟量输出模块供电。

3.根据权利要求1所述的声学法测量烟道内烟气流速的装置，其特征在于：所述声波发射装置包括声波发射器I、声波发射器II以及分别与声波发射器I和声波发射器II相对应连接的声波导管，声波发射器I和声波发射器II分别通过法兰安装在与其相对应的声波导管上，在烟道壁面开孔，声波导管通过焊接固定在烟道壁面上。

4.根据权利要求3所述的声学法测量烟道内烟气流速的装置，其特征在于：所述声波发射器I和声波发射器II的前端还套设有遮尘罩。

5.根据权利要求1所述的声学法测量烟道内烟气流速的装置，其特征在于：所述声波接收装置包括声波接收装置I和声波接收装置II，还包括安装于声波接收装置I和声波接收装置II内部的气体吹扫降温装置，气体吹扫降温装置的前端和后端均伸出声波接收装置，气体吹扫降温装置的后端通过气管与外部装有压缩空气的腔体连接，在烟道壁面开孔，声波接收装置固定在烟道壁面上。

6.根据权利要求5所述的声学法测量烟道内烟气流速的装置，其特征在于：声波发射器I与声波接收装置I处于同一直线方向上的烟道两侧，声波发射器II与声波接收装置II处于同一直线方向上的烟道两侧。

7.权利要求1所述的装置对烟道内烟气流速的测量方法，其特征在于：具体包括如下步骤：

(1)通过工控机生成二次函数凸型扫频声源信号，其波形的角频率表示为：

式中：ω(t)表示声源信号的角频率，f₀为起始频率，B为带宽，T为脉宽，t为时间；

(2)将二次函数凸型扫频声源信号通过信号发送采集模块发送给功率放大器，功率放大器驱动声波发射装置将声波信号发出；

(3)位于待测区域相对壁面的声波接收装置采集声波发射装置发出的声波信号，通过信号调理模块将声波信号发送给信号发送采集模块；信号发送采集模块将该信号发送给工控机；

(4)工控机进行数据处理，计算出待测区域的烟气流速；

(5)工控机通过模拟量输出模块将得到的烟气流速结果发送出去。

8.根据权利要求7所述的装置对烟道内烟气流速的测量方法，其特征在于：步骤(4)中，工控机进行数据处理具体为：声波发射装置发射的信号和声波接收装置接收的信号为两个相对独立时间序列的信号，通过互相关算法求得声波从发射到接收的时间，此时间为声波飞渡时间；其中，声波发射器I到声波接收装置I之间的声波飞渡时间τ₁，声波发射器II到声波接收装置II之间的声波飞渡时间τ₂；声波发射器I与声波接收装置I的距离为L1，声波发射器II与声波接收装置II之间的距离为L₂，则烟气流速v通过下式计算得到：

其中，α为声波发射器I中心延长线与烟气流向的夹角；β为声波接收装置II中心延长线与烟气流向的夹角；c为声音的速度。