CN110501417A - 一种基于声学的管道内蒸汽湿度在线监测系统及方法 - Google Patents

一种基于声学的管道内蒸汽湿度在线监测系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于声学的管道内蒸汽湿度在线监测系统及方法，属于管道内水蒸汽湿度在线监测技术领域，旁路管道、气动声源装置、多组传感器和声波信号处理系统构成。旁路管道上设置渐缩渐扩喷管，从而产生声压级较高的喷射噪音。经喷管后产生的喷射噪音经锥形声波导管传至蒸汽管道中，由安装在声波导管的第一声波传感器以及管道上的数个第二声波传感器接收先后接收。接收的信号传至计算机中进行处理，计算出各组声波信号对应的路径上的湿度情况，全面测量出蒸汽管道内蒸汽的热力特性。本发明可以同时测量水蒸汽的湿度，采用非接触式测量手段，对于水蒸汽管道内的介质流动没有影响，多路径测量的优势在于可以全面反映测量管道内湿度情况。

Description

一种基于声学的管道内蒸汽湿度在线监测系统及方法
【技术领域】
本发明属于管道内湿蒸汽热力性质在线监测技术领域，涉及一种基于声学的管道内蒸汽湿度在线监测系统及方法。
【背景技术】
测量管道内水蒸汽热力性质一般是对蒸汽的压力、温度以及湿度进行测量，对于管道内蒸汽的压力测量一般的压力表或者压力变送器就足够使用，测量的难点主要集中在湿蒸汽湿度的测量。一般来说，当水蒸汽处于过热状态之时，其温度以及压力相互独立，当二者均确定时，水蒸汽的热力性质就确定了下来。但是当水蒸气进入湿蒸汽区时，其温度和压力就不再是相互独立的参数，此时蒸汽的状态想要确定必须要测量另一种独立参数，即湿度。对于管道内蒸汽湿度的测量现今没有一种成熟的方法，一般是将管道内的蒸汽抽出节流或加热这样的热力过程，测出热力过程前后的蒸汽参数计算出湿蒸汽的湿度，这种方法只能对点上的蒸汽性质进行测量，且由于取样过程的存在不能实现在线测量。
蒸汽管道广泛应用在工业领域，最为典型的便是其在电站中的应用，电站中采用水作为循环工质，在汽轮机末级时蒸汽便是处于湿蒸汽状态；对于核电站来说，工质的循坏整个处于湿蒸汽区，对于蒸汽的湿度状态需要时时监测；对于化工企业中，湿蒸汽作为重要的化学反应环境介质其状态参数十分重要。
【发明内容】
本发明的目的在于克服上述现有技术不能实现在线测量的缺点，提供一种操作方便、可靠性高、精度高的基于声学的管道内蒸汽湿度在线监测系统及方法
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
一种基于声学的管道内蒸汽湿度在线监测系统，包括：
旁路管道，旁路管道设置在蒸汽管道上；
气动声源装置，气动声源装置安装在旁路管道上，用于产生气动噪声，并将气动噪声传到至蒸汽管道内；
传感器系统，传感器系统安装于旁路管道的侧壁与蒸汽管道的侧壁之间，用于采集气动噪声的声波信号；
声波信号处理系统，用于根据传感器系统采集的声波信号，计算出声波信号对应的路径上的温湿度情况，并显示测量结果。
上述系统的进一步改进在于：
旁路管道的管径与蒸汽管道的管径之比为1:4。
气动声源装置包括安装在旁路管道上的渐缩渐扩的喷管，以及安装在喷管后方的锥形的声波导管；声波导管口径小的一端与旁路管道的侧壁接触，口径大的一端与蒸汽管道的侧壁接触。
传感器系统包括安装在蒸汽管道上的压力传感器、安装在声波导管处的第一声波传感器以及安装在蒸汽管道侧壁上的数个第二声波传感器；
第一声波传感器和第二声波传感器接收由声波导管传导至蒸汽管道的声波信号，第一声波传感器与数个第二声波传感器之间构成多条路径，各传感器均与声波信号处理系统相连，且第二声波传感器分布在第一声波传感器上下游位置。
第一声波传感器安装在声波导管位置，第二声波传感器安装在蒸汽管道上，且分散在第一声波传感器两侧，以抵消蒸汽自身流动的影响。
声波信号处理系统采用计算机，计算机内运行声波信号处理算法。
一种基于声学的管道内蒸汽湿度在线监测方法，包括以下步骤：
步骤1：根据两相流的连续方程、动量方程、波动方程、气体状态方程以及经典声学理论，得出声波传播速度与蒸汽湿度的关系：
其中，τ为飞渡时间；L为测点距离；c为湿蒸汽介质中声波的传播速度；ρ1为饱和蒸汽的密度；ρ2为饱和水的密度；CR为附加质量系数；PS为同温同压下的饱和湿蒸汽中饱和水分压力；T为湿蒸汽绝对温度；γ为饱和蒸汽的绝热指数；为湿蒸汽的湿度；c1为饱和蒸汽介质中的声速；当温度和压力已知时，声波的传播速度取决于湿蒸汽的湿度；
步骤2：气液两相流的中的声速采用wood绝热声速公式：
其中,c为湿蒸汽中的传播声速，m/s；c1为等条件下饱和水蒸气中的声速，m/s；ρ1为饱和水蒸气的密度，kg/m3；ρ为湿蒸汽的的密度，kg/m3；x1为水蒸气的体积组分；下标1,2分别表示气液两相；
步骤3：根据气液混合物密度ρ＝x1ρ1+x2ρ2得到：
蒸汽湿度X为：
上式中含有的水蒸气及液态水的相关参数由下面的状态方程来确定：
其中，p表示压力，pa；水蒸气的密度ρ1，ρ1＝1/v1；
对于饱和水来说，其密度表达式为：
ρ2＝642.91ΔTr n+315.46
其中：ΔTr＝(647.3-T)/274.15
n＝0.3745+0.0056ΔTr-0.0505ΔTr 2
-0.0317ΔTr 3
步骤4：声波在单行水蒸气的传播速度应用下面的公式来进行得到：
其中，R为通用气体常R＝8314J/(kmol·k)；M为水蒸气的分子量，M＝18；CV,m为对应温度下的水蒸气定容摩尔比热，通过水蒸气状态图表得到，另外由迈耶公式：
其中，a1,a2,a3,a4,a5为常数；
步骤5：通过测量压力信号来确定湿蒸汽温度，再通过对第一声波传感器和第二声波传感器的信号进行处理，计算出湿蒸汽的湿度。
上述方法的进一步的改进在于：
飞渡时间τ的测量方法如下：
测量飞渡时间采用互相关算法，以第一声波传感器和第二声波传感器接收的信号进行互相关算法为例：
假设气动噪声产生的声波在两传感器之间传递的路程为L，在没有混响干扰的情况下，两个传感器收到的信号为：
x1(n)＝α1s(n-τ1)+n1(n) (1)
x2(n)＝α2s(n-τ2)+n2(n) (2)
其中，s(n)为泄漏信号，n1(n)和n2(n)表示背景噪声，τ1和τ2是气动噪声传播到传感器的时间，α1和α2是声波衰减系数，n为时间；
泄漏声源到两传感器的信号x1(n)和x2(n)的互相关函数表达为：
设α＝α1α2，根据Wiener-Khinchin定理，互功率谱函数的傅里叶逆变换为互相关函数，式(3)进行变换得：
为了提高时延估计算法的抗噪性能和精度，通过对x1(n)和x2(n)进行预滤波，使采集信号分别经过滤波器H1(n)和H2(n)后得到y1(n)和y2(n)再进行互相关计算；
x1(n)和x2(n)经过滤波器H1(n)和H2(n)滤波后，y1(n)和y2(n)的互功率谱表达式为：
在频域内给互功率谱加权来抑制背景噪声和混响的影响；
式中，W(ω)为频域加权窗函数，得到的互相关函数就是广义互相关函数，即：
其中：
对于任意频率，理想情况为，W(ω)的选择应该保证有较明显的尖锐的峰值，以便得到准确的时间延迟估计值；此时公式(6)最大值对应的自变量τ即为所要求得的飞渡时间。
管道内设有1个第一声波传感器与多个第二声波传感器，即有多条声波传播路径，每条路径上的湿度均能够计算得出，但是蒸汽自身流动的速度会对计算出的声速有所影响，需要对声速进行修正：
布置在顺流区的路径测得声速为：
v1＝c+vs (7)
布置在逆流区的路径测得声速为：
v2＝c-vs (8)
其中：v为测得声速，c为实际声速，vs为蒸汽速度。
将(7)、(8)两式相减，得到：
2vs＝v1-v2 (9)
在多条路径上将湿蒸汽流动自身速度计算出，在顺流区减去蒸汽速度，逆流区加上蒸汽速度，以此来对于测出的声速进行修正。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明在测量状态下，水蒸汽管道经改造外接旁路，蒸汽流经时，会有小股蒸汽气流从旁路分流，旁路管道上设置渐缩渐扩喷管，使经过旁路的蒸汽加速至超音速状态，从而产生声压级较高的喷射噪音，加速后的气流继续流动沿旁路重新回到蒸汽管道中。同时，经喷管后产生的喷射噪音经锥形声波导管传至蒸汽管道中，由安装在声波导管的第一声波传感器以及管道上的数个第二声波传感器接收先后接收。第一声波传感器与多个第二声波传感器之间形成多条路径，接收的信号传至计算机中，可由计算机中对于接收的各组声波信号进行相应的算法处理，从而计算出各组声波信号对应的路径上的湿度情况，全面测量出蒸汽管道内蒸汽的热力特性。同现有测量装置相比，本发明可以同时测量水蒸汽的湿度，采用非接触式测量手段，对于水蒸汽管道内的介质流动没有影响，多路径测量的优势在于可以全面反映测量管道内湿度情况，而不是对于点上的湿度测量。本发明利用声速随湿蒸汽湿度变化而变化的原理，通过测量湿蒸汽的声速，以及相应蒸汽的压力等参数来计算出湿度参数，满足管道内湿蒸汽湿度测量的需求。
【附图说明】
图1为本发明检测系统的结构示意图；
图2为本发明传感器的安装位置示意图；
图3为本发明实施例湿蒸汽湿度与声速关系曲线图。
其中：1-蒸汽管道；2-旁路管道；3-喷管；4-声波导管；5-压力传感器；6-第一声波传感器；7-第二声波传感器；8-计算机。
【具体实施方式】
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，不是全部的实施例，而并非要限制本发明公开的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要的混淆本发明公开的概念。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
在附图中示出了根据本发明公开实施例的各种结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。
本发明公开的上下文中，当将一层/元件称作位于另一层/元件“上”时，该层/元件可以直接位于该另一层/元件上，或者它们之间可以存在居中层/元件。另外，如果在一种朝向中一层/元件位于另一层/元件“上”，那么当调转朝向时，该层/元件可以位于该另一层/元件“下”。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
参见图1和2，本发明基于声学的管道内蒸汽湿度在线监测系统，包括设置在蒸汽管道1上的旁路管道2；旁路管道2上安装气动声源装置，用于产生气动噪声，并将气动噪声传导至蒸汽管道1内；旁路管道2的侧壁与蒸汽管道1的侧壁之间安装传感器系统，用于采集声波信号；传感器系统将数据发送给声波信号处理系统进行运算，计算出各组声波信号对应的路径上的温度湿度情况，并显示测量的结果。
旁路管道2是对于所测量的蒸汽管道1进行改造，其管径相对于蒸汽管道1来说很小，以确保蒸汽分流以及重新回到蒸汽管道1时对蒸汽正常流动的影响降至最小；旁路管道2的管径与蒸汽管道1的管径之比为1:4。
气动声源装置包括安装在旁路管道2上的渐缩渐扩的喷管3，以及安装在后方的锥形的声波导管4，喷管3的作用主要在于加速蒸汽，产生气动噪声，声波导管4主要是将噪声传至蒸汽管道1内；
如图2所示，传感器系统包括安装在蒸汽管道1上的压力传感器5、安装在声波导管4处的第一声波传感器6以及安装在蒸汽管道1侧壁上的数个第二声波传感器7，其中第一声波传感器6和第二声波传感器7接收由声波导管4传导至蒸汽管道1的声波信号，第一声波传感器6与数个第二声波传感器7之间构成多条路径，各传感器均与计算机8相连，且第二声波传感器7分布在第一声波传感器6上下游位置，通过算法有效的抵消了蒸汽自身流速的影响；声波信号的接收由各组传感器完成，各组由两个传感器组成，第一声波传感器6安装在声波导管4位置，第二声波传感器7在蒸汽管道1上各处安装且要求分散在第一声波传感器6两侧，以抵消蒸汽自身流动的影响。多组传感器形成多路径结构，在多条路径上对蒸汽的湿度进行测量。
声波信号处理系统采用计算机8，计算机集成处理的算法，并能够显示测量的结果。
本发明的工作原理：
在测量状态下，水蒸汽管道1经改造外接旁路，蒸汽流经时，会有小股蒸汽气流从旁路分流，旁路管道2上设置渐缩渐扩喷管3，使经过旁路的蒸汽加速至超音速状态，从而产生声压级较高的喷射噪音，加速后的气流继续流动沿旁路重新回到蒸汽管道1中。同时，经喷管3后产生的喷射噪音经锥形声波导管4传至蒸汽管道1中，由安装在声波导管4的第一声波传感器6以及蒸汽管道1上的数个第二声波传感器7先后接收。第一声波传感器6与多个第二声波传感器7之间形成多条路径，接收的信号传至计算机8中，结合压力传感器5对于管道内压力的测量，可由计算机8中对于接收的各传感器信号进行相应的算法处理，从而计算出各组声波信号对应的路径上的温度湿度情况。当监测到管道内蒸汽温湿度分布状况与计算机8数据库中保存的异常状况相近时，计算机会发出警报信息，以确保蒸汽管道1不会出现积水的现象。
湿蒸汽中压力和温度为一一对应关系，这是水蒸气本身的物理性质，当管道内处于湿蒸汽状态时，测量压力即为测量其温度，即T湿蒸汽温度以及P为同温同压下的饱和湿蒸汽中饱和水分压力可直接得到，数值可以直接调用水蒸气热力性质数据库。
声波在湿蒸汽中传播，根据两相流的连续方程、动量方程、波动方程、气体状态方程以及经典声学理论，可以得出声波传播速度与蒸汽湿度的关系如下：
其中，τ为飞渡时间；L为测点距离；c为湿蒸汽介质中声波的传播速度；ρ1为饱和蒸汽的密度；ρ2为饱和水的密度；CR为附加质量系数；PS为同温同压下的饱和湿蒸汽中饱和水分压力；T为湿蒸汽绝对温度；γ为饱和蒸汽的绝热指数(定压比热容与定容比热容之比值)；为湿蒸汽的湿度；c1为饱和蒸汽介质中的声速。故当温度和压力已知时，声波的传播速度取决于湿蒸汽的湿度。
气液两相流的中的声速采用wood绝热声速公式：
其中,c为湿蒸汽中的传播声速，m/s；c1为等条件下饱和水蒸气中的声速，m/s；ρ1为饱和水蒸气的密度，kg/m3；ρ为湿蒸汽的的密度，kg/m3；x1为水蒸气的体积组分；下标1,2分别表示气液两相。
根据气液混合物密度ρ＝x1ρ1+x2ρ2可推出：
蒸汽湿度X为：
方程式中含有的水蒸气及液态水的相关参数可以由下面的状态方程来确定：
其中，p表示压力，pa；可得到水蒸气的密度，ρ1＝1/v1；
对于饱和水来说，其密度表达式为：
ρ2＝642.91ΔTr n+315.46
其中：ΔTr＝(647.3-T)/274.15
n＝0.3745+0.0056ΔTr-0.0505ΔTr 2
-0.0317ΔTr 3
由于水蒸气不是理想气体，因此声波在单相水蒸气的传播速度不能按照(其中κ为绝热系数)来进行计算，可应用下面的公式来进行得到：
其中，R为通用气体常R＝8314J/(kmol·k)；M为水蒸气的分子量，M＝18；CV,m为对应温度下的水蒸气定容摩尔比热，可通过水蒸气状态图表来得到，另外由迈耶公式：
其中，a1,a2,a3,a4,a5为常数。
或者计算中涉及到饱和水以及水蒸气的密度、声速等物性参数均可采用IAPWS-IF9标准。理论上在一定温度情况下，湿蒸汽的湿度和声速呈一一对应的关系，所以可以得到湿蒸汽湿度与声速关系曲线如图3所示。
测量过程通过测量压力信号来确定湿蒸汽温度，再通过对第一声波传感器6和第二声波传感器7的信号进行处理，计算出湿蒸汽的湿度。从上述的理论分析可知该方案的关键在于对于湿蒸汽管道内飞渡时间τ的测量。
对于蒸汽管道内飞渡时间τ的测量方法原理如下：
本发明测量飞渡时间采用互相关算法，以第一声波传感器6和第二声波传感器7接收的信号进行互相关算法为例：
假设气动噪声产生的声波在两传感器之间传递的路程为L，在没有混响干扰的情况下，两个传感器收到的信号为：
x1(n)＝α1s(n-τ1)+n1(n) (1)
x2(n)＝α2s(n-τ2)+n2(n) (2)
其中，s(n)为泄漏信号，n1(n)和n2(n)表示背景噪声，τ1和τ2是气动噪声传播到传感器的时间，α1和α2是声波衰减系数，n为时间。
泄漏声源到两传感器的信号x1(n)和x2(n)的互相关函数可表达为：
设α＝α1α2，根据Wiener-Khinchin定理，互功率谱函数的傅里叶逆变换为互相关函数，式(3)进行变换得：
为了提高时延估计算法的抗噪性能和精度，可以通过对x1(n)和x2(n)进行预滤波，使采集信号分别经过滤波器H1(n)和H2(n)后得到y1(n)和y2(n)再进行互相关计算。
x1(n)和x2(n)经过滤波器H1(n)和H2(n)滤波后，y1(n)和y2(n)的互功率谱表达式为：
实际数据采集系统中，从有限的接收信号x1(n)和x2(n)观测值中仅能得到的估计值为了锐化的峰值，在频域内给互功率谱一定的加权来抑制背景噪声和混响的影响。式中：W(ω)为频域加权窗函数，得到的互相关函数就是广义互相关函数，即：
其中：
对于任意频率，理想情况为，W(ω)的选择应该保证有较明显的尖锐的峰值，以便得到准确的时间延迟估计值。此时公式(6)最大值对应的自变量τ即为所要求得的飞渡时间。
管道内设有第一声波传感器6与多个第二声波传感器7，即有多条声波传播路径，每条路径上的湿度可以计算得出，但是蒸汽自身流动的速度会对计算出的声速有所影响，这时需要对声速进行修正：
布置在顺流区的路径测得声速为：
v1＝c+vs (7)
布置在逆流区的路径测得声速为：
v2＝c-vs (8)
其中：v为测得声速，c为实际声速，vs为蒸汽速度。
将(7)(8)两式相减，可得
2vs＝v1-v2 (9)
在多条路径上可将湿蒸汽流动自身速度计算出，在顺流区减去蒸汽速度，逆流区加上蒸汽速度，以此来对于测出的声速进行修正。
以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于声学的管道内蒸汽湿度在线监测系统，其特征在于，包括：
旁路管道(2)，旁路管道(2)设置在蒸汽管道(1)上；
气动声源装置，气动声源装置安装在旁路管道(2)上，用于产生气动噪声，并将气动噪声传到至蒸汽管道(1)内；
传感器系统，传感器系统安装于旁路管道(2)的侧壁与蒸汽管道(1)的侧壁之间，用于采集气动噪声的声波信号；
声波信号处理系统，用于根据传感器系统采集的声波信号，计算出声波信号对应的路径上的温湿度情况，并显示测量结果。
2.根据权利要求1所述的基于声学的管道内蒸汽湿度在线监测系统，其特征在于，旁路管道(2)的管径与蒸汽管道(1)的管径之比为1:4。
3.根据权利要求1所述的基于声学的管道内蒸汽湿度在线监测系统，其特征在于，气动声源装置包括安装在旁路管道(2)上的渐缩渐扩的喷管(3)，以及安装在喷管(3)后方的锥形的声波导管(4)；声波导管(4)口径小的一端与旁路管道(2)的侧壁接触，口径大的一端与蒸汽管道(1)的侧壁接触。
4.根据权利要求3所述的基于声学的管道内蒸汽湿度在线监测系统，其特征在于，传感器系统包括安装在蒸汽管道(1)上的压力传感器(5)、安装在声波导管(4)处的第一声波传感器(6)以及安装在蒸汽管道(1)侧壁上的数个第二声波传感器(7)；
第一声波传感器(6)和第二声波传感器(7)接收由声波导管(4)传导至蒸汽管道(1)的声波信号，第一声波传感器(6)与数个第二声波传感器(7)之间构成多条路径，各传感器均与声波信号处理系统相连，且第二声波传感器(7)分布在第一声波传感器(6)上下游位置。
5.根据权利要求4所述的基于声学的管道内蒸汽湿度在线监测系统，其特征在于，第一声波传感器(6)安装在声波导管(4)位置，第二声波传感器(7)安装在蒸汽管道(1)上，且分散在第一声波传感器(6)两侧，以抵消蒸汽自身流动的影响。
6.根据权利要求1或4所述的基于声学的管道内蒸汽湿度在线监测系统，其特征在于，声波信号处理系统采用计算机(8)，计算机(8)内运行声波信号处理算法。
7.一种采用权利要求6所述系统的基于声学的管道内蒸汽湿度在线监测方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：根据两相流的连续方程、动量方程、波动方程、气体状态方程以及经典声学理论，得出声波传播速度与蒸汽湿度的关系：
其中，τ为飞渡时间；L为测点距离；c为湿蒸汽介质中声波的传播速度；ρ1为饱和蒸汽的密度；ρ2为饱和水的密度；CR为附加质量系数；PS为同温同压下的饱和湿蒸汽中饱和水分压力；T为湿蒸汽绝对温度；γ为饱和蒸汽的绝热指数；为湿蒸汽的湿度；c1为饱和蒸汽介质中的声速；当温度和压力已知时，声波的传播速度取决于湿蒸汽的湿度；
步骤2：气液两相流的中的声速采用wood绝热声速公式：
其中,c为湿蒸汽中的传播声速，m/s；c1为等条件下饱和水蒸气中的声速，m/s；ρ1为饱和水蒸气的密度，kg/m3；ρ为湿蒸汽的的密度，kg/m3；x1为水蒸气的体积组分；下标1,2分别表示气液两相；
步骤3：根据气液混合物密度ρ＝x1ρ1+x2ρ2得到：
蒸汽湿度X为：
上式中含有的水蒸气及液态水的相关参数由下面的状态方程来确定：
其中，p表示压力，pa；水蒸气的密度ρ1，ρ1＝1/v1；
对于饱和水来说，其密度表达式为：
ρ2＝642.91ΔTr n+315.46
其中：ΔTr＝(647.3-T)/274.15
步骤4：声波在单行水蒸气的传播速度应用下面的公式来进行得到：
其中，R为通用气体常R＝8314J/(kmol·k)；M为水蒸气的分子量，M＝18；CV,m为对应温度下的水蒸气定容摩尔比热，通过水蒸气状态图表得到，另外由迈耶公式：
其中，a1,a2,a3,a4,a5为常数；
步骤5：通过测量压力信号来确定湿蒸汽温度，再通过对第一声波传感器(6)和第二声波传感器(7)的信号进行处理，计算出湿蒸汽的湿度。
8.根据权利要求7所述的基于声学的管道内蒸汽湿度在线监测方法，其特征在于，飞渡时间τ的测量方法如下：
测量飞渡时间采用互相关算法，以第一声波传感器(6)和第二声波传感器(7)接收的信号进行互相关算法为例：
假设气动噪声产生的声波在两传感器之间传递的路程为L，在没有混响干扰的情况下，两个传感器收到的信号为：
x1(n)＝α1s(n-τ1)+n1(n) (1)
x2(n)＝α2s(n-τ2)+n2(n) (2)
其中，s(n)为泄漏信号，n1(n)和n2(n)表示背景噪声，τ1和τ2是气动噪声传播到传感器的时间，α1和α2是声波衰减系数，n为时间；
泄漏声源到两传感器的信号x1(n)和x2(n)的互相关函数表达为：
设α＝α1α2，根据Wiener-Khinchin定理，互功率谱函数的傅里叶逆变换为互相关函数，式(3)进行变换得：
为了提高时延估计算法的抗噪性能和精度，通过对x1(n)和x2(n)进行预滤波，使采集信号分别经过滤波器H1(n)和H2(n)后得到y1(n)和y2(n)再进行互相关计算；
x1(n)和x2(n)经过滤波器H1(n)和H2(n)滤波后，y1(n)和y2(n)的互功率谱表达式为：
在频域内给互功率谱加权来抑制背景噪声和混响的影响；
式中，W(ω)为频域加权窗函数，得到的互相关函数就是广义互相关函数，即：
其中：
对于任意频率，理想情况为，W(ω)的选择应该保证有较明显的尖锐的峰值，以便得到准确的时间延迟估计值；此时公式(6)最大值对应的自变量τ即为所要求得的飞渡时间。
9.根据权利要求8所述的基于声学的管道内蒸汽湿度在线监测方法，其特征在于，管道内设有1个第一声波传感器(6)与多个第二声波传感器(7)，即有多条声波传播路径，每条路径上的湿度均能够计算得出，但是蒸汽自身流动的速度会对计算出的声速有所影响，需要对声速进行修正：
布置在顺流区的路径测得声速为：
v1＝c+vs (7)
布置在逆流区的路径测得声速为：
v2＝c-vs (8)
其中：v为测得声速，c为实际声速，vs为蒸汽速度；
将(7)、(8)两式相减，得到：
2vs＝v1-v2 (9)
在多条路径上将湿蒸汽流动自身速度计算出，在顺流区减去蒸汽速度，逆流区加上蒸汽速度，以此来对于测出的声速进行修正。
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