一次风风粉浓度测量系统、测量方法、设备及介质

技术领域

本发明涉及测试技术领域，具体地涉及一种一次风风粉浓度测量系统、一种一次风风粉浓度测量方法、一种电子设备及一种计算机可读存储介质。

背景技术

一次风管道内的煤粉浓度是燃煤电厂锅炉运行中重要参数，而精确地测量一次风煤粉浓度一是能够掌握磨煤机出口各一次风管道中的煤粉浓度，为各一次风管道煤粉浓度的平衡调整提供依据；二是能够掌握一次风管道中煤粉混合物的流速，有助于实现燃烧器局部过量空气系数的控制，从而优化炉膛燃烧；三是可为入炉煤量的准确检测提供校核依据。总的来说，一次风管道内的煤粉浓度将直接影响炉膛煤粉的燃烧状况，直接关系到电厂的安全运行和节能减排。因此，合适的一次风速、煤粉浓度对于锅炉运行的安全性和经济性至关重要。

目前，风粉浓度测量方法主要是通过气固两相流检测技术来实现，具体包括：电容法、光学法、超声法、热学法、放射以及各类电磁波、静电等技术。

但是，现有的气固两相流检测技术存在以下问题：(1)风粉流的流动情形非常复杂，各种流型难于控制。在流动过程中，气固混合物流体在空间上分布是不均匀的，且分布会随时间而变，难以运用数学建模，所以很难找出其流动规律，导致无法实时测量煤粉参数；(2)固体颗粒会对基于接触式测量方法的侵入式传感器高速冲刷，产生磨损，致使应用遭遇局限，也即现场的恶劣环境使许多测量方法应用有局限性；(3)管中不同空间位置风粉浓度分布不均，致使非侵入式的传感器测量准确度下降。

总的来说，现有的风粉浓度测量方法无法准确、实时测量，而且无法广泛应用。

发明内容

本发明实施例的目的是提供一种一次风风粉浓度测量系统、测量方法、设备及介质，以解决现有的风粉浓度测量方法无法准确、实时测量，而且无法广泛应用的问题。

为了实现上述目的，本发明实施例提供一种一次风风粉浓度测量系统，包括：处理器、微波信号生成处理系统、谐振腔传感器和温度传感器；

处理器用于生成控制指令，并将控制指令发送至微波信号生成处理系统；其中，控制指令用于控制微波信号生成处理系统生成多个不同频率的射频信号；每个射频信号的时间间隔、功率和步长均相同；

微波信号生成处理系统用于在接收到控制指令时，生成多个不同频率的射频信号，并将多个不同频率的射频信号发送至谐振腔传感器；

谐振腔传感器用于在内部有一次风风粉经过的情况下，从多个不同频率的射频信号中筛选出与谐振腔传感器的固有频率匹配的目标射频信号，并将目标射频信号发送至处理器；

温度传感器，用于监测一次风风粉的温度；

处理器还用于基于目标射频信号，确定目标射频信号的频率，并基于目标射频信号的频率和一次风风粉的温度，确定一次风风粉的浓度。

可选地，微波信号测量系统包括：

合成频率源模块，用于在接收到控制指令时，生成多个不同频率的射频信号，并将目标射频信号发送至处理器。

可选地，微波信号测量系统还包括：

环形器，包括第一端、第二端和第三端，用于从第一端接收多个不同频率的射频信号，并从第二端输出多个不同频率的射频信号至谐振腔传感器；

环形器还用于从第二端接收谐振腔传感器反馈的的目标射频信号，并从第三端将目标射频信号发送至检波器；

检波器，用于对目标射频信号进行识别处理，并将处理后的目标射频信号发送至A/D转换器；

A/D转换器，用于将处理后的目标射频信号转换为数字量的目标射频信号，并将数字量的目标射频信号发送至处理器。

可选地，处理器包括：

介电常数分析模块，用于利用公式(1)，对光速、预设谐振腔的半径和目标射频信号的频率进行计算，得到一次风风粉的介电常数；

其中，ε表示一次风风粉的介电常数；c表示光速；f表示目标射频信号的频率；r表示谐振腔传感器的半径。

可选地，处理器还包括：

一次风浓度分析模块，用于利用公式(2)，对一次风风粉的介电常数和一次风风粉的温度进行计算，得到一次风风粉的浓度；

其中，n表示一次风风粉的浓度；ε表示一次风风粉的介电常数；T表示一次风风粉的温度。

可选地，还包括：

显示装置，用于显示一次风风粉浓度；

上位机，用于基于一次风风粉浓度对锅炉进行分析，以获得锅炉的安全性分析报告。

在本发明实施方式的第二方面，提供一种一次风风粉浓度测量方法，应用于前述的微波信号测量系统，包括：

在接收到控制指令时，生成多个不同频率的射频信号；其中，每个射频信号的时间间隔相同、功率和步长均相同；

将多个不同频率的射频信号发送至谐振腔传感器；

接收谐振腔传感器的内部有一次风风粉经过的情况下反馈的目标射频信号；其中，目标射频信号为与谐振腔传感器的固有频率匹配的射频信号；

将目标射频信号发送至处理器，以使处理器基于目标射频信号，确定目标射频信号的频率，并基于目标射频信号的频率和处理器获取的一次风风粉的温度，确定一次风风粉的浓度。

可选地，根据一次风风粉的温度和谐振频率计算出一次风风粉的浓度，包括：

利用公式(1)，对光速、预设谐振腔的半径和谐振频率进行计算，得到一次风风粉的介电常数；

其中，ε表示一次风风粉的介电常数；c表示光速；f表示谐振频率；r表示谐振腔传感器的半径；

利用公式(2)，对一次风风粉的介电常数和一次风风粉的温度进行计算，得到一次风风粉的浓度；

其中，n表示一次风风粉的浓度；T表示一次风风粉的温度。

在本发明实施方式的第三方面，提供一种电子设备，包括：处理器和存储器，所述存储器存储有所述处理器可执行的机器可读指令，所述机器可读指令被所述处理器执行时执行上述的一次风风粉浓度测量方法。

在本发明实施方式的第四方面，提供一种计算机可读存储介质，存储有计算机指令，其特征在于，当所述计算机指令在计算机上运行时，使得计算机执行上述的一次风风粉浓度测量方法。

在本实施例中，通过处理器生成控制指令，然后微波信号测量系统在接收到控制指令时，生成多个不同频率的射频信号，然后谐振腔传感器在内部有一次风风粉经过的情况下，从多个不同频率的射频信号中筛选出与谐振腔传感器的固有频率匹配的目标射频信号，并且温度传感器监测一次风风粉的温度，然后处理器还用于基于目标射频信号，确定目标射频信号的频率，并基于目标射频信号的频率和一次风风粉的温度，确定一次风风粉的浓度。本发明通过测量微波谐振腔的谐振频率可以确定风粉混合物的介电常数，从而能够准确测量出一次风风粉的浓度。

本发明实施例的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明实施例，但并不构成对本发明实施例的限制。在附图中：

图1是本发明实施例提供的一次风风粉浓度测量系统的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的谐振腔传感器的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的一次风风粉浓度测量方法的流程示意图。

附图标记说明

1、中心导体；2、放射状栅格；3、SMA端口。

具体实施方式

以下结合附图对本发明实施例的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明实施例，并不用于限制本发明实施例。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同；本文中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。

在本申请实施例的描述中，技术术语“第一”、“第二”等仅用于区别不同对象，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量、特定顺序或主次关系。在本申请实施例的描述中，“多个”的含义是两个以上，除非另有明确具体的限定。

在介绍本发明之前，对本发明的构思进行说明：

在锅炉正常运行工况下，一次风风粉的浓度值及变化范围不大，其介电常数及变化很小，对于充满一次风的微波谐振传感器，谐振腔内一次风风粉浓度的变化将对微波谐振传感器产生微扰。

另外，一次风是由空气和大量的细小的煤粉组成的气-固混合物，由于空气和煤粉的介电常数差别较大，空气的介电常数约为1，煤粉的介电常数约为5，因此一次风风风粉的浓度不同，其介电常数也就不同。当温度已知情况下，一次风风粉的介电常数只决定于一次风风粉的浓度。

因此，微波谐振传感器内介质介电常数的微小变化，将对谐振腔产生微扰，引起谐振腔谐振频率的改变，通过测量谐振腔谐振频率可以确定一次风风粉的介电常数，然后根据一次风风粉的介电常数和一次风风粉的温度来测量一次风风粉浓度。

请参照图1，图1是本发明实施例提供的一次风风粉浓度测量系统的结构示意图，该系统包括：处理器U1、微波信号生成处理系统、谐振腔传感器Q和温度传感器T；

处理器U1用于生成控制指令，并将控制指令发送至微波信号生成处理系统；其中，控制指令用于控制微波信号生成处理系统生成多个不同频率的射频信号；每个射频信号的时间间隔、功率和步长均相同；微波信号生成处理系统用于在接收到控制指令时，生成多个不同频率的射频信号，并将多个不同频率的射频信号发送至谐振腔传感器Q；谐振腔传感器Q用于在内部有一次风风粉经过的情况下，从多个不同频率的射频信号中筛选出与谐振腔传感器Q的固有频率匹配的目标射频信号，并将目标射频信号发送至处理器U1；温度传感器T，用于监测一次风风粉的温度；处理器U1还用于基于目标射频信号，确定目标射频信号的频率，并基于目标射频信号的频率和一次风风粉的温度，确定一次风风粉的浓度。

在一实施例中，微波信号测量系统包括：合成频率源模块U2，用于在接收到控制指令时，生成多个不同频率的射频信号，并将目标射频信号发送至处理器U1。

在一实施例中，微波信号测量系统还包括：环形器U3，包括第一端、第二端和第三端，用于从第一端接收多个不同频率的射频信号，并从第二端输出多个不同频率的射频信号至谐振腔传感器Q；环形器U3还用于从第二端接收谐振腔传感器Q反馈的的目标射频信号，并从第三端将目标射频信号发送至检波器U4；检波器U4，用于对目标射频信号进行识别处理，并将处理后的目标射频信号发送至A/D转换器U5；A/D转换器U5，用于将处理后的目标射频信号转换为数字量的目标射频信号，并将数字量的目标射频信号发送至处理器U1。

在一实施例中，参照图2，谐振腔传感器Q为一个两端开口的圆柱形，其内部设置有中心导体1，中心导体1的两端为放射状栅格2。工作模式设置为TEM模式，将SMA端口3设置为射频信号的输入和输出端口。具体地，微波信号测量系统生成的不同频率射频信号从SMA端口3输入谐振腔传感器Q的内部，不同频率射频信号在谐振腔传感器Q的内部传播和反射，然后在从该SMA端口3输出在谐振腔传感器Q产生谐振时的射频信号。其中，为了防止磨损，在腔体内壁、中心导体1、放射状栅格2、SMA端口3、耦合探针表面镶嵌防磨陶瓷。

需要注意的是，在测量一次风风粉浓度时，谐振腔轴线与风粉两相流方向一致，让风粉两相流自由流过谐振腔。

环形器U3是指将进入其任一端口的入射波，按照由静偏磁场确定的方向顺序传入下一个端口的多端口器件。其显著特点为为能够单向传输高频信号能量。

检波器U4是指检出波动信号中某种有用信息的装置，通常用来提取所携带的信息。

A/D转换器U5是指一个将模拟信号转变为数字信号的电子元件。

在一实施例中，温度传感器T设置于谐振腔的出口端外壁处，与处理器电连接。

在一实施例中，处理器U1包括：介电常数分析模块，用于利用公式(1)，对光速、预设谐振腔的半径和目标射频信号的频率进行计算，得到一次风风粉的介电常数；

在一实施例中，处理器U1还包括：一次风浓度分析模块，用于利用公式(2)，对一次风风粉的介电常数和一次风风粉的温度进行计算，得到一次风风粉的浓度；

在一实施例中，一次风风粉浓度测量系统还包括：显示装置U6和上位机U7；显示装置U6，用于显示一次风风粉浓度；上位机U7，用于基于一次风风粉浓度对锅炉进行分析，以获得锅炉的安全性分析报告。在本实施例中，由于一次风管道内的煤粉浓度将直接影响炉膛煤粉的燃烧状况，直接关系到电厂的安全运行和节能减排，因此在测量出一次风风粉浓度之后即可对锅炉的安全性分析，从而获得锅炉的安全性分析报告。

在本实施例中，通过处理器生成控制指令，然后微波信号测量系统在接收到控制指令时，生成多个不同频率的射频信号，然后谐振腔传感器在内部有一次风风粉经过的情况下，从多个不同频率的射频信号中筛选出与谐振腔传感器的固有频率匹配的目标射频信号，并且温度传感器监测一次风风粉的温度，然后处理器还用于基于目标射频信号，确定目标射频信号的频率，并基于目标射频信号的频率和一次风风粉的温度，确定一次风风粉的浓度。本发明通过测量微波谐振腔的谐振频率可以确定风粉混合物的介电常数，从而能够准确测量出一次风风粉的浓度。

实施例二

基于同样的发明构思，参照图3，本发明实施例提供一种一次风风粉浓度测量方法，应用于前述的微波信号测量系统，包括：

S100，在接收到控制指令时，生成多个不同频率的射频信号；其中，每个射频信号的时间间隔相同、功率和步长均相同；

S200，将多个不同频率的射频信号发送至谐振腔传感器；

S300，接收谐振腔传感器的内部有一次风风粉经过的情况下反馈的目标射频信号；其中，目标射频信号为与谐振腔传感器的固有频率匹配的射频信号；

S400，将目标射频信号发送至处理器，以使处理器基于目标射频信号，确定目标射频信号的频率，并基于目标射频信号的频率和处理器获取的一次风风粉的温度，确定一次风风粉的浓度。

在一实施例中，步骤S400具体可通过如下方式实现：

S410，利用公式(1)，对光速、预设谐振腔的半径和目标射频信号的频率进行计算，得到一次风风粉的介电常数；

其中，ε表示一次风风粉的介电常数；c表示光速；f表示目标射频信号的频率；r表示谐振腔传感器的半径；

S420，利用公式(2)，对一次风风粉的介电常数和一次风风粉的温度进行计算，得到一次风风粉的浓度；

其中，n表示一次风风粉的浓度；T表示一次风风粉的温度。

该应用于微波信号测量系统的具体结构参照上述实施例，由于一次风风粉浓度测量方法采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。

实施例三

基于同样的发明构思，本发明实施例还提供一种电子设备，包括：处理器和存储器，所述存储器存储有所述处理器可执行的机器可读指令，所述机器可读指令被所述处理器执行时执行上述的一次风风粉浓度测量方法。

存储器可能包括计算机可读介质中的非永久性存储器，随机存取存储器(RAM)和/或非易失性内存等形式，如只读存储器(ROM)或闪存(flash RAM)。存储器是计算机可读介质的示例。

计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存(PRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、其他类型的随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能光盘(DVD)或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。按照本文中的界定，计算机可读介质不包括暂存电脑可读媒体(transitory media)，如调制的数据信号和载波。

实施例四

基于同样的发明构思，本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，该计算器可读存储介质上存储有指令，该指令用于在被处理器执行时，适于执行有如下方法步骤的程序：在接收到控制指令时，生成多个不同频率的射频信号；其中，每个射频信号的时间间隔相同、功率和步长均相同；将多个不同频率的射频信号发送至谐振腔传感器；接收谐振腔传感器的内部有一次风风粉经过的情况下反馈的目标射频信号；其中，目标射频信号为与谐振腔传感器的固有频率匹配的射频信号；将目标射频信号发送至处理器，以使处理器基于目标射频信号，确定目标射频信号的频率，并基于目标射频信号的频率和处理器获取的一次风风粉的温度，确定一次风风粉的浓度。

在一个实施例中，上述一次风风粉浓度测量方法还包括：利用公式(1)，对光速、预设谐振腔的半径和谐振频率进行计算，得到一次风风粉的介电常数；

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明实施例对各种可能的组合方式不再另行说明。

另外，在本申请实施例各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。