【正文】 這兩處隆起的面積基本相等，它們的包絡線也計較接近，如僅從頻譜形狀分析，則難以判讀出爆燃的次數，即無法為運行操作人員提供準確的告警級別。在穩(wěn)定燃燒狀態(tài)下，也會非常偶爾出現(xiàn)短時局部爆燃現(xiàn)象，但兩次短時局部爆燃的時間間隔會較長，此時僅需引起運行操作人員的注意。可見信號的頻域特征是明顯的，而是容易識別的。 圖 3– 4 典型無火狀態(tài)的時域波形和傅里葉頻譜 圖 35 為 典型穩(wěn)定燃燒狀態(tài)時火焰燃燒信號的時域分布和其傅里葉頻譜。此時紅外感光器件的輸出電壓幅值基本接近 0V，可以視為焰檢測裝置處于零輸入響應狀態(tài)，這個時候采集到 的信號很大程度上可以看成是火焰檢測裝置的系統(tǒng)本底噪聲信號。穩(wěn)定燃燒狀態(tài)是指在燃燒器處檢測到煤粉火焰且煤粉火焰燃燒均成都理工大學碩士學位論文 18 勻，各設備參數在此狀態(tài)下可不做調整。由于主要的運算時間集中在乘法上面，可見基 4算法的運算量比基 2 的 FFT 算法減少了 25%，但運算量的減少是以硬件的復雜性及使用更多資源為代價的。在綜合考慮到 火焰檢測裝置 硬件系統(tǒng)的構架的特點和系統(tǒng)響應時間方面的要求之后，我們選用了基 4 的 DIFFFT 算法。 N（ N= 2M ）點序列的運算流圖應有 M 級蝶形，每一級都由 N/2 個蝶形運算組成，所以 N 點序列的基 2 的 FFT 算法，總的運算量為2log2N N次復數乘法， 2logNN次復數加法。按照蝶形運算的內部構成的不同可將 FFT 算法分為基 基 基 8 以及任意因子的 FFT 算法，其中基 2 和基 4 的 FFT 算法較為常用?？傮w而言，所謂的快速傅里葉變換就是能極大 地減少數據計算量而完成全部點計算的算法，且它沒有對 DFT 作任何近似，因此精度沒有任何損失。計算量過大不僅會導致運算耗時過長，而且還會出現(xiàn)因字長有限而產生較大誤差，甚至造成計算結果不收斂。因此，我們必須建立起能應用在數字計算機上的傅立葉變換計算方法， 即 DFT（離散傅里葉變換）方法。 |)(| ?F 與 ? 的關系稱為非周期信號的幅度頻譜， )(?? 與 ? 的關系稱為相位頻譜。在這種極限情況下， 0)( 0 ??nF ，但量00)(2 ??nF? 可望不趨于 0，而趨近于有限值，且變成一個連續(xù)函數，通常記為 )(?F 或 )(?jF ，即 成都理工大學碩士學位論文 12 ?? ??? ??? ?????? ??? ??? tetftetfnFF tjT T tjnTT d)(d)(~l i m)(2l i m)( 2 20 0 0? 其中00)(??nF 反映單位頻帶內的頻譜值，故 )(?F 稱為頻譜密度函數，簡稱頻譜函數。同時，譜線的長度 )( 0?nF 趨于 0，這就是說按前面所表示的頻譜將不復存在，失去應有的意義。如果將上式中的同頻率項加以合并，可以寫成另一種形式： 第 3 章 煤粉火焰的信號處理與分析 11 ???? ???? 1 00 )c o s ()(~ n nn tncctf ? 或 ???? ???? 1 00 )s in ()(~ n nn tnddtf ? 嚴格的數字證明表明：任何滿足狄里赫利條件 的周期性信號可分解為直流和許多正弦、余弦分量的系數加權和的形式，其中第一項 0a 為常數項，它是周期信號中所包含的直流分量，式中正弦、余弦分量頻率必定是基頻 0? )/2( 0 T???的整數倍。由于正弦信號在科學和許多工程領域中起著重要作用，因而傅里葉級數和變換在許多領域得到廣泛應用?？紤]到我 們關心的頻率范圍為 10200 Hz，在實際設計過程中經過綜合考慮之后將低通濾波器的截止頻率設定在 800 Hz。在實踐中，我們通常只關心一定頻率范圍內的信號成份，而不希望這頻率范圍之 外的信號成分映射到我們關心的頻率范圍內，即要防止出現(xiàn)頻率混疊現(xiàn)象。為了方便后續(xù)數字信號的處理和分析，采樣頻率最好選用 2 的整數次冪的數值。 對于 最高頻率成分 值較低的被采樣 信號 ，在工程實踐中通常要求采樣頻率 大 于 被采樣 信號最高頻率成分的 10 倍以上。 為了保 證采樣后的信號能真實地保留原始模擬信號的信息，采樣信號的頻率必須至少為原信號中最高頻率成分的 2 倍。對這種連續(xù)信號進行模擬方式的處理時難以做到高精度，同時也存在著受環(huán)境影響大，可靠性差、靈活性不佳和數字處理系統(tǒng)無法直接識別等缺點。理論和實踐都表明：工程實踐中獲得的各種物理動態(tài)信號，它們的平穩(wěn)性都是相對的和局部的，而非平穩(wěn)性是絕對的和廣泛的。按照信號的性質分類，信號可分為確定性信號和隨機信號，確定性信號是指在相同的實驗條件下，能重復出現(xiàn)被測變量的信號，隨機信號是指在相同的條件下不能重復出現(xiàn)被測變量值的信號。 煤粉火焰燃燒信號的特性 從物理角度而言，信號就是承載某種信息的物理量的變化歷程；從數學角度而言，信號就是函數，就是某一變量隨時間或頻率或其它變量而變化的函數。對多個不同爐型的鍋爐的多種煤粉燃燒器進行了火焰數據采第 2 章 爐膛煤粉火焰的物理特征 7 集，通過分析所采集到的數據，我們認為對于煤粉燃燒器將敏感信號頻帶設置在10 Hz–200 Hz 范圍內是比較合理的。對于對沖燃燒方式的鍋爐，火焰檢測裝置的主視線可能會出現(xiàn)既穿過目標火焰的高頻區(qū)又穿過對沖火焰的高頻區(qū)的情況，但在該情況下兩個火焰高頻區(qū)之間的距離較遠，對沖火焰的強度會顯得較弱。鍋爐爐壁會對煤粉火焰的紅外光線起吸收和反射的作用，反射紅外光線所產生的閃爍頻率也是非常低的且其強度遠低于爐壁的紅外輻射強度。此階段亮度變化頻率較低。 第三個階段為燃燒階段，大量煤粉燃料顆粒開始爆裂并燃燒，釋放出大量熱能，溫度急劇上升，產生明亮的火焰，形成完全燃燒區(qū)。此階段發(fā)射的紅外光線很弱，頻率與光強的變化比較復雜。 現(xiàn)代燃燒論的觀點認為：煤粉火焰的燃燒過程實際上是由數量龐大的小型受限空間內的爆燃所組合而成；大量同時發(fā)生的微觀小型受限空間內的爆燃在宏觀上表現(xiàn)為火焰具有脈動特征，稱為火焰閃爍 [8]。 第 2 章 爐膛煤粉火焰的物理特征 5 第 2章 爐膛煤粉火焰的物理特征 爐膛煤粉火焰物理特征 對爐膛煤粉火焰的特征進行深入研究，會有助于火焰檢測裝置的系統(tǒng)級綜合研發(fā)，有助于火焰檢測裝置中光電轉換器件和有關線性放大電路的設計和選型，有助于微處理器系統(tǒng)電路設計和軟件功能的研究開發(fā)。 對 紅外型火焰檢測裝置的硬 件電路進行了詳細介紹。本文的后續(xù)部分將對對火焰特性進行了進一步的分析，并使用傅里葉變換、短時傅里葉變換和小波變換等多種分析方法對采樣的火焰數據進行分析和對比，并結合具體的硬件處理平臺分析這幾種分析方法在判定火焰 存在以及判定火焰燃燒 穩(wěn)定度 方面的優(yōu)缺點，以確定最優(yōu)效能的信息提取方法，這是研發(fā)工作的核心組成部分，它會直接影響到火焰檢測裝置的最終效能和市場擁有率。這克服了線性放大器固有的缺點，為后繼的信號的分析打下良好的 基礎。通過對多個在役電廠的燃燒器進行現(xiàn)場跟蹤測試，發(fā)現(xiàn)某些型號的燃燒器工況良好時也會因管道配風發(fā)生暫態(tài)波動等因素在某些時刻出現(xiàn)短暫的亮度突然增大的現(xiàn)象。目前國內外尚未制定出分析此類信號的規(guī)范或者標準，因此如何有效地提取和解讀信號中的信息成為研發(fā)火焰檢測裝置的核心難點。這促使火焰檢測裝置的光敏檢測對象區(qū)間從可見光區(qū)間轉向紅外線或者紫外線區(qū)間，同時隨著數字信號分析處理技術和電子元器件的發(fā)展和進步，數字型火焰檢測裝置逐步在該領域中獲占據了主導地位。這類火焰檢測裝置在保障舊式小型鍋爐的安全運行中發(fā)揮過巨大作用，但在使用中暴露出很多問題，如：模擬電路的調試整定過程過于復雜，需要熟練的工程技術人員進行調試；模擬電路的溫度特性對設備安裝位置提出了較高要求；在事后故障分析中無法提供關鍵時刻點的觀測參數等?；谏鐣б婧徒洕б娴目紤]，國內外眾多科研機構和設備制造廠商投入了大量的人力物力來研發(fā)高性能的火焰檢測裝置。在電廠的鍋爐爐膛保護系統(tǒng)中，火焰檢測裝置的判定結果為強制的非可屏蔽信號，能直接作用于整個發(fā)電機組系統(tǒng)的跳閘。因此，國家明確了對大型鍋爐裝備“鍋爐爐膛監(jiān)控系統(tǒng)”是解決鍋爐爆裂問題的最有效的自動保護和控制的方式。 20xx 年底我國火電廠的裝機容量已達到火電裝機累計達 7 億千瓦 ,占裝機總容量的 %，到 20xx 年我國火電裝機容量將達 億千瓦，新增裝機的需求約 340 億元 [1]。 關鍵詞 ： 火焰檢測裝置 紅外 傅里葉變換 短時傅里葉變換 小波變換 對數放大 嵌入式處理器 Abstract III Designing of embedded processorbased infrared flame detection device Introduction of the author: LiYiping, male, was born in July, 1983 whose tutor was Professor HuangHu. He graduated from Chengdu University of Technology in Electronics and Communications Engineering major and was granted the Master Degree in June, 20xx. Abstract Due to the plexity of the operation of largescale boiler, run control decisions tend to want to be able to grasp as much as possible working parameters. Large boiler users are more critical equipment within a reasonable time prior to the failure alarm information is given in order to arrange equipment maintenance, to avoid unplanned shutdown caused economic losses. The customer has an urgent requirement flame detection device not only be able to reliably determine the presence of the flame, and flame stability Qualitative and quantitative analysis results. Firstly further analysis on the physical characteristics of the flame, and the use of Fourier transform, short time Fourier transform and wavelet transform a variety of analytical methods for sampling Fire data analysis and parison, and bined with a specific hardware processing platform analysis of the advantages and disadvantages of several analytical methods to determine the presence of a flame and the flame quality, information extraction method to determine the optimal performance. Only after depth understanding of the characteristics of the object to be detected can be targeted to work. First to conduct a detailed analysis of the physical characteristics of the furnace pulverized coal flame, and in particular relates to the analysis of the infrared radiation characteristics of the pulverized coal flame, and through analysis that the pulverized coal flame signal is a quasistationary signal. Determine the infrared flame detection device detection field of view of the principle of selecting. Flame detection device to be used by the system sampling frequency is determined according to the characteristics of the pulverized coal flame, and to determine the range of the antialiasing filter parameters. 成都理工大學碩士學位論文 The