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电厂风粉两相流流速采集校验系统的设计与应用

2016-04-22段晓斌杨以光吉林松花江热电有限公司吉林吉林3000东北电力大学自动化工程学院吉林吉林30

山东工业技术 2016年1期
关键词:声卡流速

薛 辉,段晓斌,杨以光(.吉林松花江热电有限公司,吉林 吉林 3000; .东北电力大学自动化工程学院,吉林 吉林 30)



电厂风粉两相流流速采集校验系统的设计与应用

薛辉1,段晓斌1,杨以光2
(1.吉林松花江热电有限公司,吉林吉林132000;2.东北电力大学自动化工程学院,吉林吉林132012)

摘 要:本文设计了一次风管道风粉两相流流速采集校验系统,该系统是利用声卡MATLAB软件及信号板设计的,其主要针对解决电厂风粉两相流流速测量设备在设备周期的各个时期会出现的问题。该系统应用在某电厂微波法测量流的测量实验台上,应用结果表明,该系统能够满足电厂风粉两相流流速采集校验和故障检测的要求。该系统具有经济,便捷及简单可行的特点,同时该系统的研发,有助于对类似方法的测量设备的开发检测校验。

关键词:流速;声卡;MATLAB;采集校验系统

1 总体设计

设计中考虑到采集校验系统应该具有经济,便捷,简单可行的特点,设计采用计算机声卡,MATLAB软件及信号板共同构成风粉流速采集校验系统。采用此设计的研发,在现场只需一台装有MATLAB软件的电脑及信号板即可是实现采集校验功能。本设计利用声卡集成的数据采集系统作为的硬件数据采集部分。此外为了不影响被检测校验设备,在硬件部分还加入了信号接入板。本设计利用MATLAB软件作为的软件部分。利用MATLAB软件工具箱中的函数编写程序控制硬件设备,然后利用MATLAB中的GUI设计工作界面作为系统的人机交互界面。

2 流速采集校验系统的实现

2.1声卡的参数选取

声卡也叫音频卡:声卡在计算机多媒体技术中是最基本的组成部分,是实现声波/数字信号相互转换的一种硬件。声卡的基本功能是把来自话筒、磁带、光盘的原始声音信号加以转换,输出到耳机、扬声器、扩音机、录音机等声响设备,或通过音乐设备数字接口(MIDI)使乐器发出美妙的声音[1]。对于声音信号的处理,声卡有其特定的范围,这个范围与人耳听到的声音频率范围接近其为20Hz-20KHz,这包含了噪声信号,这使得声卡能够应用在相关法流速测量校验上。本设计考虑到信号采集要采用两路同步采集,因此采用立体声的LINE IN线性输入接口输入。

采样位数和采样频率是声卡的关键参数,对于声卡来说采样位数体现的是数字的声音信号对输入声音信号复现的准确程度,声卡采样位数目前有8、16、32位,对于本设计则应用常用且精度达到要求的16位。对于声卡的采样频率是各级固定的,一般有44.1 KHz,48 KHz,96 KHz,本设计考虑的香农定理和采样一般规律采用96 KHz。

2.2MATLAB软件采集系统设计

MATLAB是美国MathWorks公司出品的商业数学软件,用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境。其软件的数据采集工具箱(Data Acquisition Toolbox)是一个功能强大的数据采集工具,被广泛使用。它为用户提供了一个及时数据采集环境,,被采集的数据可直接录入MATLAB环境进行分析[2-3]。在MATLAB中设置本设计的具体参数:

fs=96000; %采样频率设置

duration=3;%采样时间设置

结合本设计的各项设计参数,其各参数如下面语句:y=wavrecord(duration*fs,fs,2,'double');

现场数据采集需要一个可视化界面进行显示,即进行界面可视化。因此要对数据采集界面进行设计,将杂乱的数据通过一定的描述载体进行表示,便于数据分析。MATLA软件的图形用户界面GUI(Graphical User Interface)是MATLAB软件中可对采集界面进行设计的功能单元。可以利用线型、色彩等可视方式设计友好的人机交互界面。

2.3信号板的设计

实验信号是从实验设备进入声卡的,因此有必要在实验装置和实验设备之间加入信号板。设计中信号板采用缓冲芯片LF442ACN,电容以和滤波电路组成。加入缓冲芯片能够使现场检测设备避免来自声卡的干扰。加入10微法的电 容则是起到了隔直的目的,去除信号中直流成分。滤波电路是为电源设计的,它提供稳定电压时芯片有稳定的供压源。为了减少信号在传输中的损失接还接入了精密可调电位器,信号接入板电路图设计如图1所示。

3 流速采集校验系统的测试

3.1测量结构及原理

对于微波测量装置,通常是由五个部分组成,分别为中央处理单元,探头传感器,上位机,前端信号处理模块和微波激励装置。微波检测设备主要是在位移为L的煤粉管道上分别将微波发射探头以及接收探头安装在A,B两个位置。经一次风吹入的煤粉会在探头A,B两个位置产生信号,信号采集器采集这两组信号后经信号传送器将这两组信号送入中央处理单元后分析处理,得出的结果在上位机上显示。

在吉林某电厂搭建试验台进行试验,数据采集时,探头A将微波信号在煤粉管道中发射,信号经过一定距离的直管段,由探头B进行接收,并送入信号处理模块处理。数据采集时将信号处理模块的A、B探头信号同步采集。运用互相关法进行处理。互相关法就是描述两个随机信号x(t),y(t)在任意不同时刻t1,t2间的相关程度,通过利用互相关计算可以得到延时的信号时间,这个信号时间通常被称为渡越时间。利用公式便就可以得出两相流的流速。该方法与其他方法比较而言计算是最准确,涉及变量最少的办法。因此该方法在电厂中广泛应用[4-5]。

3.2数据采集及结果分析

实验现场当中,将前端的信号处理模块与信号的接入板的一端相连接。然后给电,并对信号进行数据采集,频率约20KHz,采集时长为。若信号被干扰则可能造成数据差错,为避免这种情况发生,采集过程中进行了多次数据采集,并将每次采集的数据进行存储。采集数据的结果如图2所示。

如图2所示GUI数据采集和分析,可以看出左声道采集的数据图形和右声道非常相似,互相关信号的特点相一致。通过点击数据分析键可以看到,对采集的数据使用互相关算法处理后,其图形的峰值明显,且没有受其他较高的峰值影响,从而再次证明两个信号有较好的相关性。同一时间比较,这与微波测量设备的测量值是一致的。

4 结论

本文利用计算机声卡和功能强大的MATLAB软件设计了电厂风粉两相流流速采集校验系统并对其在工业现场的微波设备进行了测试,通过测试结果我们得到,利用该系统采集数据有较高的准确性,同时对数据的后期处理也完全可以通过MATLAB实现,系统能够满足电厂风粉两相流流速采集校验和故障检测要求。同时实验也表明该系统在数据采集校验上具有方法便捷,成本低廉,节约时间,操作简单,灵活应用,人机界面友好等诸多优点。此外,本设计可以应用于基于互相关算法的其他气固两相流参数测试系统上,对于此类设备的开发,应用和维护有重要现实意义。

参考文献:

[1]蒋帅锋,施展,鲍恝等.基于声卡的数据采集系统设计[J].仪器仪表学报,2005,26(z2):47-49.

[2]周渊,王炳和,刘斌胜等.基于MATLAB的噪声信号采集与分析系统的设计[J].电声技术,2004(07):52-54.

作者简介:薛辉(1976- ),男,吉林人,本科,高级工程师,研究方向:电厂热工自动化管理。

DOI :10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.01.178

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