[发明专利]基于声学技术的空冷岛翅片管束温度测量装置及其方法

权利要求书

1.一种基于声学技术的空冷岛翅片管束温度场测量装置，包括：空心管道、声波导管、声波发生器、声波传感器、功率放大器、信号调理器、接线盒、输入/输出设备、工控机，其特征在于：所述声波导管一端安装在所述空心管道上，另一端和所述声波发生器连接；所述空心管道表面开有小孔，内介质通过经过小孔的空气流动与翅片管束周围温度相平衡；沿所述空心管道间隔一定距离依次布置第1—n个声波传感器M_1-n；其中n＝1,2,3,…,N，从而形成多段声波路径；所述声波发生器先后发出固定频率的声波信号，所述声波传感器将接收到的声波信号传递给所述信号调理器，通过所述输入/输出设备传递给所述工控机；所述工控机将接收到的声波信号进行计算和分析，并经过整理得到空冷岛翅片管束温度场信息。

2.根据权利要求1所述的一种基于声学技术的空冷岛翅片管束温度场测量装置，其特征在于，所述声波传感器M_1-n根据翅片管束布置结构和测量精度要求确定安装的数量，其中n为正整数。

3.一种基于声学技术的空冷岛翅片管束温度场测量方法，包括：

1)以声波传感器不失真地接收到声波信号为前提在空冷岛翅片管束上布置如权利要求1或2所述的一种基于声学技术的空冷岛翅片管束温度场测量装置对空冷岛翅片管束温度场进行重建；

2)声波发生器产生伪随机信号中的m序列声波信号；

3)计算声波信号在两个声波传感器之间的飞渡时间τ：对于两个声波传感器接收到的声波信号的时延值，采用时延估计算法得到不同时间声波信号形成的互相关函数达到最大峰值所对应的时间延迟，即为声波信号在两个声波传感器之间的飞渡时间τ；

4)计算两个传感器之间气体介质的平均温度t：

相邻两个传感器之间的距离为L，翅片管束内气体介质的气体常数为Z。

4.根据权利要3所述的一种基于声学技术的空冷岛翅片管束温度场测量方法，其特征在于：采用时延估计算法得到不同时间声波信号形成的互相关函数达到最大峰值所对应的时间延迟为：

假设某两个声波传感器接收到的声波信号的数字模型如下：

式中：x₁(n)、x₂(n)分别为声波传感器1和2接收到的声波信号函数；s(n)为声源信号函数；w₁(n)和w₂(n)分别为2个声波传感器接收到的高斯白噪声函数；D为2个声波传感器之间的相对时间延迟；α为声波相对衰减系数；

假设s(n)、w₁(n)和w₂(n)为互不相关的平稳随机过程，则x₁(n)和x₂(n)的二次相关函数为：

上述式子可转换为：

R_RR(τ)＝αR_Rs(τ-D)

令α＝1，则R_RR(τ)＝R_Rs(τ-D)为信号s(n)的二次相关函数，由相关函数性质可知，R(τ-D)≤R(0)，当τ＝D时，R_RR(τ)取得最大值，计算两声波传感器收到的信号的互相关函数求出峰值出现的时刻，则该时刻就是对应的时间延迟D。

5.根据权利要4所述的一种基于声学技术的空冷岛翅片管束温度场测量方法，其特征在于通过二次相关PHAT-β算法来得到时间延迟，具体为通过求相邻两个声波传感器得到的信号的自相关函数和互相关函数之间的互功率谱，并在频域内给予一定的加权，来对声波信号和背景噪声进行白化处理，增强信号中信噪比比较高的频率成分，从而抑制噪声的影响，再将结果通过傅里叶逆变换到时域，得到两信号之间的广义互相关函数，其表达式为：

式中：ψ₁₂(ω)为广义互相关加权函数，为以及之间的互功率谱；加 权函数