[发明专利]基于多个声源布置方式的超声波工业炉测温系统及方法

说明书

本发明提供基于多个声源布置方式的超声波工业炉测温系统及方法，涉及声学测温技术领域。该系统包括超声波发射器、超声波接收器、超声波发射/接收模块、吹灰冷却器、高温报警保护器、STM32微处理器、LCD显示器和PC机；在炉墙的一个断面四周安装了8对超声波发射/接收器，通过在不同的断面上采用同样的方式安装等量的超声波发射/接收器，按照设定的程序，在一个检测周期内顺序启闭各个声波发射/接收器，得到一组声波传播时间值，经一次重建算法，重建出温度场断面上的温度分布。采用超声波作为信号源降低了工业炉炉膛背景噪声干扰，利用超声波更快的响应时间优势，准确的测量出声波测温信号飞渡时间，从而得到准确的工业炉内温度场。

技术领域

本发明涉及声学测温技术领域，尤其涉及一种基于多个声源布置方式的超声波工业炉测温系统及方法。

背景技术

复杂温度场存在于工业中多种用于燃烧或加热的设备中。在冶金等行业的工业炉中，工业炉炉膛是一个复杂的反应场所，其中进行着复杂的化学反应和物理变化，并且伴随着温度的瞬态变化。而温度则是热力设备和热力系统最重要的参数之一，温度场的分布可以用来衡量燃烧的稳定性和经济性，它的变化直接影响着燃料的燃烧、燃尽以及工业炉的安全稳定运行。组织合理的温度场则有利于燃料的燃烧和燃尽，有利于保证工业炉的热经济性和热稳定性，提高能源的利用率，减少硫化物、氮氧化物的形成，从而降低污染物的排放。

对于炉窑设备而言，准确测量炉内温度场的分布对提高大型工业炉设备的经济性和安全性显得尤为重要。随着国家对能耗和环保问题重视程度的提高，怎样提高工业炉设备运行的经济性和安全性以及减少NO_x等污染物排放的问题亟待解决。这些问题都与燃烧的工况有着密切的联系，因此对燃烧温度进行实时、准确的测量成为解决这些问题的关键所在。由于工业炉设备燃烧的过程具有随机湍流、高温腐蚀、温度瞬态变化以及炉内背景噪音等特性给温度场参数的准确实时测量带来了一定的困难。而传统的炉内温度测量方法多为接触式的测量方法，这就对测量仪器的材料提出了更高的要求，并且传统的接触式测量方法在可靠性和精确性方面存在一定的问题，导致得到燃烧的参数存在着一定的误差，从而阻碍了对温度场的精确控制。因此寻找一种简便、精确的测量方法成为解决问题的关键。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种基于多个声源布置方式的超声波工业炉测温系统及方法，通过超声波实现工业炉温度的测量。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一方面，本发明提供一种基于多个声源布置方式的超声波工业炉测温系统，包括多个超声波发射器、多个超声波接收器、超声波发射/接收模块、吹灰冷却器、高温报警保护器、微处理器、LCD显示器和PC机；所述超声波发射器和超声波接收器分别与超声波发射模块和超声波接收模块相连接，所述超声波发射/接收模块、吹灰冷却器、高温报警保护器、LCD显示器和PC机分别与微处理器相连接；

所述超声波发射器用于发出放大之后的超声波测温信号；

所述超声波接收器用于接收经过工业炉返回的超声波测温信号；

所述超声波发射/接收模块用于信号的放大、滤波处理；所述超声波发射/接收模块包括放大电路和滤波电路；所述吹灰冷却器用于清洁超声波发射器和超声波接收器中的声波导管；

所述高温报警保护器用于当超声波发射器和超声波接收器的温度达到设定的保护温度时，发出报警；

所述微处理器用于对超声波发射器、超声波接收器、吹灰冷却器和高温报警保护器的控制；

所述LCD显示器用于显示实时超声波信号波形和温度测量结果；

所述PC机用于使用相关分析的算法计算超声波飞行的时间，并按照一定的算法计算出超声波路径上平均温度值，同时完成对整个系统进行设定和校淮；

所述设定和校准包括对PC机内置的计算算法的设定以及微处理器和其他模块的电路连接的校准；