CN111380072A - 基于静电感应效应的火焰检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了基于静电感应效应的火焰检测方法，包括：将非侵入式静电传感器的测量电极设置于火焰旁感应火焰中带电颗粒的电荷变化情况，并得到火焰静电信号；将火焰静电信号进行放大和滤波处理，并将火焰静电信号转化为电压模拟信号；将电压模拟信号转化为火焰数字信号，并对火焰数字信号进行时频域分析和互相关分析得到多个火焰特征参数；根据火焰特征参数进行决策评估，并进行结果显示。本发明提供的检测方法灵敏度高，可操作性强，能够有效准确地测量得到火焰稳定性参数，具有很强的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及火焰检测技术领域，尤其是涉及基于静电感应效应的火焰检测方法。
背景技术
燃煤发电在我国国内电力生产中仍然占据着主要地位，燃煤火电厂的机组也正在向着高参数、大容量的方向发展。由于燃烧不稳定而产生的污染物、噪声等时有发生，保证燃料强烈充分地燃烧，在锅炉炉膛内建立稳定、均匀的火焰对于保证电站发电的可靠性和经济性具有很强的现实意义。
保证及时灵敏地检测炉内火焰燃烧状况，防止在火焰燃烧不稳定的工况下发生炉膛火焰熄灭或炉膛爆燃等事故是十分重要的课题。通过监视炉膛内的火焰去了解炉膛燃烧状态，火焰能够最直接地反应一系列炉膛内工况，因此电站锅炉必须配置具有完善的功能和性能优良的炉膛安全监视系统。炉膛安全监视系统最必要的前端设备是火焰检测器，它需要给后级装置提供准确的检测信号，以保证炉膛安全监视系统的正常运行。炉膛拥有灵敏可靠的火焰检测器时，才能够在燃烧火焰的稳定程度和经济性不满足相应指标时优化组织燃烧。
传统的火焰检测器都采用了直接与火焰相接触的直接式检测法，但它们只能简单地判断炉膛内火焰的有无，功能单一且局限性大，现几乎不采用。现行的火检技术主要利用了辐射光能原理，根据不同燃烧状况下火焰闪烁频率进行检测，以及基于相关原理的火焰检测技术。这些方法在应用时呈现的优点缺点各不相同，其他检测方法也都在实际应用中进一步显现出价格昂贵等问题。
综上所述，当前缺少能够进行火焰有效、准确和低廉的检测方法，对电站发电的可靠性和经济性造成不利影响。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供基于静电感应效应的火焰检测方法，具有灵敏度高，可操作性强的特点，能够有效准确地测量得到火焰稳定性参数，具有很强的应用前景。
第一方面，本发明实施例提供了基于静电感应效应的火焰检测方法，包括：
将非侵入式静电传感器的测量电极设置于火焰旁感应火焰中带电颗粒的电荷变化情况，并得到火焰静电信号；
将所述火焰静电信号进行放大和滤波处理，并将所述火焰静电信号转化为电压模拟信号；
将所述电压模拟信号转化为火焰数字信号，并对所述火焰数字信号进行时频域分析和互相关分析得到多个火焰特征参数；
根据所述火焰特征参数进行决策评估，并进行结果显示。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，所述将所述火焰静电信号进行放大和滤波处理，并将所述火焰静电信号转化为电压模拟信号包括：
将所述火焰静电信号进行预放大处理，并将所述火焰静电信号转化为所述电压模拟信号；
对所述电压模拟信号进行二次放大处理，并通过滤波电路消除信号中的高频噪声。
结合第一方面的第一种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，所述将所述电压模拟信号转化为火焰数字信号，并对所述火焰数字信号进行时频域分析和互相关分析得到多个火焰特征参数包括：
将所述电压模拟信号转化为所述火焰数字信号，并将所述火焰数字信号存储至计算机中；
利用Matlab软件对所述火焰数字信号进行时域和频域分析；
根据互相关法对两个或多个火焰数字信号进行互相关运算，结合采样频率与函数峰值所对应的延迟点数目，将两个或多个所述火焰数字信号转化为时间差值，并得到所述多个火焰特征参数。
结合第一方面的第一种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，所述根据所述火焰特征参数进行决策评估，并进行结果显示包括：
利用数字融合分析技术，按时序对获得的若干观测信息进行分析和处理得到火焰稳定性参数，并将所述火焰稳定性参数进行显示。
结合第一方面的第二种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，所述多个火焰特征参数包括火焰强度、火焰速度和火焰闪烁频率。
结合第一方面的第三种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，所述非侵入式静电传感器包括静电电极、绝缘层、接线柱、信号调理电路板和屏蔽外壳。
结合第一方面的第五种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第六种可能的实施方式，其中，所述静电电极包括第一静电电极和第二静电电极，所述静电电极与所述屏蔽外壳的金属板之间通过耐高温绝缘材料填充。
结合第一方面的第六种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第七种可能的实施方式，其中，所述静电电极长为20mm，宽为6mm，与被测火焰的距离为2cm。
本发明提供了基于静电感应效应的火焰检测方法，包括：将非侵入式静电传感器的测量电极设置于火焰旁感应火焰中带电颗粒的电荷变化情况，并得到火焰静电信号；将火焰静电信号进行放大和滤波处理，并将火焰静电信号转化为电压模拟信号；将电压模拟信号转化为火焰数字信号，并对火焰数字信号进行时频域分析和互相关分析得到多个火焰特征参数；根据火焰特征参数进行决策评估，并进行结果显示。本发明提供的检测方法灵敏度高，可操作性强，能够有效准确地测量得到火焰稳定性参数，具有很强的应用前景。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的基于静电感应效应的火焰检测方法流程图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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，都属于本发明保护的范围。
传统的火焰检测器都采用了直接与火焰相接触的直接式检测法，但它们只能简单地判断炉膛内火焰的有无，功能单一且局限性大，现几乎不采用。现行的火检技术主要利用了辐射光能原理，根据不同燃烧状况下火焰闪烁频率进行检测，以及基于相关原理的火焰检测技术。这些方法在应用时呈现的优点缺点各不相同，其他检测方法也都在实际应用中进一步显现出价格昂贵等问题。
综上所述，当前缺少能够进行火焰有效、准确和低廉的检测方法，对电站发电的可靠性和经济性造成不利影响。基于此，本发明实施例提供了基于静电感应效应的火焰检测方法，具有灵敏度高，可操作性强的特点，能够有效准确地测量得到火焰稳定性参数，具有很强的应用前景。
图1为本发明实施例提供的基于静电感应效应的火焰检测方法流程图。
参照图1，基于静电感应效应的火焰检测方法包括：
步骤S101，将非侵入式静电传感器的测量电极设置于火焰旁感应火焰中带电颗粒的电荷变化情况，并得到火焰静电信号；
步骤S102，将火焰静电信号进行放大和滤波处理，并将火焰静电信号转化为电压模拟信号；
步骤S103，将电压模拟信号转化为火焰数字信号，并对火焰数字信号进行时频域分析和互相关分析得到多个火焰特征参数；
步骤S104，根据火焰特征参数进行决策评估，并进行结果显示。
根据本发明的实例性实施例，步骤S102包括：
将火焰静电信号进行预放大处理，并将火焰静电信号转化为电压模拟信号；
对电压模拟信号进行二次放大处理，并通过滤波电路消除信号中的高频噪声。
根据本发明的实例性实施例，将步骤S103包括：
将电压模拟信号转化为火焰数字信号，并将火焰数字信号存储至计算机中；
利用Matlab软件对火焰数字信号进行时域和频域分析；
根据互相关法对两个或多个火焰数字信号进行互相关运算，结合采样频率与函数峰值所对应的延迟点数目，将两个或多个火焰数字信号转化为时间差值，并得到多个火焰特征参数。
根据本发明的实例性实施例，步骤S104包括：
利用数字融合分析技术，按时序对获得的若干观测信息进行分析和处理得到火焰稳定性参数，并将火焰稳定性参数进行显示。
根据本发明的实例性实施例，多个火焰特征参数包括火焰强度、火焰速度和火焰闪烁频率
为进一步理解本发明实施例提供的方法，下面对静电传感器非侵入式静电传感器进行简要介绍。非侵入式静电传感器包括静电电极、绝缘层、接线柱、信号调理电路板和屏蔽外壳。
具体地，静电传感器两个条形电极的材料为304不锈钢，将它们嵌入到合金铝的金属前面板上。电极与金属板之间采用耐高温绝缘材料(如氧化铝或氧化镁陶瓷材料)填充，从而减小金属板对静电感应的影响。信号调理电路板通过接线柱装入屏蔽盒内，并与静电电极相连。屏蔽外壳将电路部分与外界隔绝，防止信号调理电路受到外界电磁的干扰。整个静电感应测量系统的主要信息源头是静电传感器的测量电极感应到的静电信号，测量电极的几何形状和尺寸的设计以及电极与火焰间的距离直接关系到整个测量系统的检测性能质量。在设计中还需要考虑静电传感器的空间滤波效应和空间灵敏度。静电传感器的空间滤波效应是指静电传感器在整个测量系统中起到的带通滤波器的作用，关系着测量系统输出信号的带宽。空间灵敏度一般是指在传感器空间某一位置上单位点电荷作用下，电极所感应的电量的绝对值。总体规律是，静电传感器的测量电极宽度越小，则工作频带越宽，在其工作频带内宽度越大，输出信号的幅度值越大。而电极的宽度和长度的比值又会影响空间灵敏度。一般情况下，电极宽度越大，对应所得信号的平滑度更好。综合考虑下，本发明实施例中的非侵入式静电传感器的电极尺寸为长20mm、宽6mm，初步设定静电电极置于距离被测火焰2cm处进行测量。
电荷放大器用于将静电传感器的静电电极测量到的较微弱的电荷信号转变为更加稳定的电压信号，在电路设计中应考虑到减小静电传感器输出端到放大器输入端之间的信号损失，尽量将预放大电路放置到静电电极的临近处。
低通滤波可看作是一种过滤方式，即低频的信号可以正常通过，而超过设定临界值的高频信号就会被减弱、阻隔。在信号调理电路中添加低通滤波器可以消除信号中高频噪声并且抑制信号混叠现象，使得后续相关计算更加精确。
本发明提供了基于静电感应效应的火焰检测方法，包括：将非侵入式静电传感器的测量电极设置于火焰旁感应火焰中带电颗粒的电荷变化情况，并得到火焰静电信号；将火焰静电信号进行放大和滤波处理，并将火焰静电信号转化为电压模拟信号；将电压模拟信号转化为火焰数字信号，并对火焰数字信号进行时频域分析和互相关分析得到多个火焰特征参数；根据火焰特征参数进行决策评估，并进行结果显示。本发明提供的检测方法灵敏度高，可操作性强，能够有效准确地测量得到火焰稳定性参数，具有很强的应用前景。
最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。
Claims (8)
1.一种基于静电感应效应的火焰检测方法，其特征在于，包括：
将非侵入式静电传感器的测量电极设置于火焰旁感应火焰中带电颗粒的电荷变化情况，并得到火焰静电信号；
将所述火焰静电信号进行放大和滤波处理，并将所述火焰静电信号转化为电压模拟信号；
将所述电压模拟信号转化为火焰数字信号，并对所述火焰数字信号进行时频域分析和互相关分析得到多个火焰特征参数；
根据所述火焰特征参数进行决策评估，并进行结果显示。
2.根据权利要求1所述的基于静电感应效应的火焰检测方法，其特征在于，所述将所述火焰静电信号进行放大和滤波处理，并将所述火焰静电信号转化为电压模拟信号包括：
将所述火焰静电信号进行预放大处理，并将所述火焰静电信号转化为所述电压模拟信号；
对所述电压模拟信号进行二次放大处理，并通过滤波电路消除信号中的高频噪声。
3.根据权利要求2所述的基于静电感应效应的火焰检测方法，其特征在于，所述将所述电压模拟信号转化为火焰数字信号，并对所述火焰数字信号进行时频域分析和互相关分析得到多个火焰特征参数包括：
将所述电压模拟信号转化为所述火焰数字信号，并将所述火焰数字信号存储至计算机中；
利用Matlab软件对所述火焰数字信号进行时域和频域分析；
根据互相关法对两个或多个火焰数字信号进行互相关运算，结合采样频率与函数峰值所对应的延迟点数目，将两个或多个所述火焰数字信号转化为时间差值，并得到所述多个火焰特征参数。
4.根据权利要求2所述的基于静电感应效应的火焰检测方法，其特征在于，所述根据所述火焰特征参数进行决策评估，并进行结果显示包括：
利用数字融合分析技术，按时序对获得的若干观测信息进行分析和处理得到火焰稳定性参数，并将所述火焰稳定性参数进行显示。
5.根据权利要求3所述的基于静电感应效应的火焰检测方法，其特征在于，所述多个火焰特征参数包括火焰强度、火焰速度和火焰闪烁频率。
6.根据权利要求4所述的基于静电感应效应的火焰检测方法，其特征在于，所述非侵入式静电传感器包括静电电极、绝缘层、接线柱、信号调理电路板和屏蔽外壳。
7.根据权利要求6所述的基于静电感应效应的火焰检测方法，其特征在于，所述静电电极包括第一静电电极和第二静电电极，所述静电电极与所述屏蔽外壳的金属板之间通过耐高温绝缘材料填充。
8.根据权利要求7所述的基于静电感应效应的火焰检测方法，其特征在于，所述静电电极的长为20mm，宽为6mm，与被测火焰的距离为2cm。
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| CN202010192825.3A CN111380072A (zh) | 2020-03-18 | 2020-03-18 | 基于静电感应效应的火焰检测方法 |
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Publications (1)
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|---|---|
| CN111380072A true CN111380072A (zh) | 2020-07-07 |
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Family Applications (1)
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|---|---|
| CN (1) | CN111380072A (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112696717A (zh) * | 2021-01-27 | 2021-04-23 | 山东金佰特商用厨具有限公司 | 一种炉灶的火焰检测方法 |
| CN115541803A (zh) * | 2022-09-13 | 2022-12-30 | 江苏神火环保科技有限公司 | 多光谱分析燃煤电站锅炉燃烧火焰稳定性在线检测方法 |
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2020
- 2020-03-18 CN CN202010192825.3A patent/CN111380072A/zh active Pending
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| CN115541803A (zh) * | 2022-09-13 | 2022-12-30 | 江苏神火环保科技有限公司 | 多光谱分析燃煤电站锅炉燃烧火焰稳定性在线检测方法 |
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20200707 |
|
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |