本發(fā)明屬于火力發(fā)電領(lǐng)域，尤其涉及一種利用光纖實(shí)現(xiàn)噴燃器煤粉燃燒質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

在火力發(fā)電領(lǐng)域，煤粉燃燒發(fā)電為主要形式。煤炭被磨煤機(jī)磨成粉狀后通過熱風(fēng)連同煤粉一起通過管道(粉管)送入爐膛燃燒。鍋爐燃燒穩(wěn)定性、經(jīng)濟(jì)性以及環(huán)保指標(biāo)等要求均取決于煤質(zhì)和風(fēng)煤比例調(diào)控。關(guān)于煤質(zhì)的評(píng)價(jià)，主要靠化學(xué)分析和抽檢法。而風(fēng)煤比例的精確控制一直是鍋爐燃燒領(lǐng)域的老大難問題。目前風(fēng)煤比例控制的方法主要就是調(diào)控給粉機(jī)轉(zhuǎn)速，而給粉機(jī)轉(zhuǎn)速與給煤量是非線性的，使得投入的風(fēng)粉在線系統(tǒng)效果都不太理想。造成這一結(jié)果的主要原因在于風(fēng)粉混合物中煤粉濃度的測(cè)量和控制都存在問題。濃度測(cè)量不準(zhǔn)，控制也就無從談起，濃度測(cè)量是實(shí)現(xiàn)精確控制的前提。目前濃度測(cè)量一般采用電荷原理法，即，利用煤粉帶有正電荷，煤粉濃度越大，感應(yīng)電極上的電壓則越高。

由于目前的火力發(fā)電機(jī)組基本都實(shí)現(xiàn)了agc控制，所謂agc，就是自動(dòng)發(fā)電控制，發(fā)電機(jī)組自動(dòng)跟蹤和響應(yīng)來自電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)的負(fù)荷指令，整個(gè)發(fā)電機(jī)組相當(dāng)于一個(gè)自動(dòng)跟隨的執(zhí)行器。因此，agc的控制本質(zhì)就是能量的平衡控制，而發(fā)電機(jī)組的能量來源于爐膛燃燒產(chǎn)生的熱量。因此對(duì)爐膛發(fā)熱量的監(jiān)控是最直接和有效的監(jiān)控。但目前針對(duì)煤粉濃度測(cè)量以及風(fēng)粉在線系統(tǒng)都僅僅是對(duì)供給側(cè)能量的一種間接測(cè)量和調(diào)控，缺少最直接對(duì)爐膛燃燒狀況的監(jiān)測(cè)和調(diào)控的監(jiān)測(cè)手段。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種利用光纖實(shí)現(xiàn)噴燃器煤粉燃燒質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)對(duì)以噴燃器為觀測(cè)點(diǎn)的光纖信號(hào)進(jìn)行直接光電轉(zhuǎn)換，并通過對(duì)轉(zhuǎn)換后信號(hào)的分析，分別分離出反應(yīng)觀測(cè)點(diǎn)的輻射強(qiáng)度和未燃顆粒物火焰的閃爍強(qiáng)度，再通過修正未燃顆粒物對(duì)背景的遮擋效應(yīng)來計(jì)算修正后的背景輻射強(qiáng)度；利用修正后的背景輻射強(qiáng)度來描述噴燃器煤粉的燃燒質(zhì)量。

本發(fā)明的利用光纖實(shí)現(xiàn)噴燃器煤粉燃燒質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)，包括：

光纖傳感器，其設(shè)置于噴燃器口，被配置為采集噴燃器內(nèi)的火焰光信號(hào)并經(jīng)光電轉(zhuǎn)換器傳送至處理器內(nèi)；

所述處理器，被配置為對(duì)光電轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換后的信號(hào)進(jìn)行采樣和頻譜分析，從而分離出信號(hào)中的輻射強(qiáng)度和火焰在各頻率點(diǎn)的閃爍強(qiáng)度；再通過修正未燃顆粒物對(duì)背景的遮擋效應(yīng)來計(jì)算修正后的背景輻射強(qiáng)度；利用修正后的背景輻射強(qiáng)度來描述噴燃器煤粉的燃燒質(zhì)量；

其中，在計(jì)算修正后的背景輻射強(qiáng)度的過程中，首先利用火焰在各頻率點(diǎn)的閃爍強(qiáng)度，計(jì)算煤粉燃燒程度用于描述遮擋程度；再利用煤粉燃燒程度來修正背景輻射強(qiáng)度，修正后的背景輻射強(qiáng)度為輻射強(qiáng)度與煤粉燃燒程度的比值。

進(jìn)一步的，所述光電轉(zhuǎn)換器包括集成運(yùn)算放大器和與其并聯(lián)連接的光敏電阻，所述集成運(yùn)算放大器的反相端輸入與光敏電阻的負(fù)反饋電壓疊加后輸出。

其中，光敏電阻為電阻型傳感器，光電轉(zhuǎn)換器對(duì)光敏電阻采取無失真的阻值——電壓變換，輸入信號(hào)在集成運(yùn)算放大器的反相輸入端與光敏電阻的負(fù)反饋電壓疊加后輸出，輸出電壓與紅外強(qiáng)度(光敏電阻阻值與紅外強(qiáng)度呈反比)之間呈反比關(guān)系。

進(jìn)一步的，所述處理器還被配置為采用最小二乘算法對(duì)光電轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換后的信號(hào)進(jìn)行采樣和頻譜分析。

本發(fā)明利用最小二乘算法對(duì)信號(hào)進(jìn)行采樣及頻譜分析，該方法具有較高的時(shí)頻分析精度,能較準(zhǔn)確地識(shí)別信號(hào)的頻譜特征，而且能夠較精確的刻畫儲(chǔ)層的位置和邊界，能夠進(jìn)一步提高儲(chǔ)層預(yù)測(cè)的精度。

進(jìn)一步的，所述處理器還通過總線與監(jiān)控主機(jī)相連。

本發(fā)明還提供了利用光纖實(shí)現(xiàn)噴燃器煤粉燃燒質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)的檢測(cè)方法。

本發(fā)明的利用光纖實(shí)現(xiàn)噴燃器煤粉燃燒質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)的檢測(cè)方法，包括：

光纖傳感器采集噴燃器內(nèi)的火焰光信號(hào)并經(jīng)光電轉(zhuǎn)換器傳送至處理器內(nèi)；

處理器對(duì)光電轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換后的信號(hào)進(jìn)行采樣和頻譜分析，從而分離出信號(hào)中的輻射強(qiáng)度和火焰在各頻率點(diǎn)的閃爍強(qiáng)度；再通過修正未燃顆粒物對(duì)背景的遮擋效應(yīng)來計(jì)算修正后的背景輻射強(qiáng)度；利用修正后的背景輻射強(qiáng)度來描述噴燃器煤粉的燃燒質(zhì)量；

其中，在計(jì)算修正后的背景輻射強(qiáng)度的過程中，首先利用火焰在各頻率點(diǎn)的閃爍強(qiáng)度，計(jì)算煤粉燃燒程度用于描述遮擋程度；再利用煤粉燃燒程度來修正背景輻射強(qiáng)度，修正后的背景輻射強(qiáng)度為輻射強(qiáng)度與煤粉燃燒程度的比值。

進(jìn)一步的，采用最小二乘算法對(duì)光電轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換后的信號(hào)進(jìn)行采樣和頻譜分析。

進(jìn)一步的，采用最小二乘算法對(duì)光電轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換后的信號(hào)進(jìn)行采樣和頻譜分析的具體過程為：

根據(jù)申農(nóng)采樣理論，確定光電轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換后的信號(hào)的頻率和采樣周期；

根據(jù)最小二乘算法，構(gòu)造一個(gè)最小二乘濾波器；

根據(jù)最小二乘濾波器對(duì)光電轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換后的信號(hào)進(jìn)行濾波處理，得到光電轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換后的信號(hào)的直流分量以及各個(gè)頻率點(diǎn)的諧波幅值，分別記為輻射強(qiáng)度和火焰在各頻率點(diǎn)的閃爍強(qiáng)度。

進(jìn)一步的，煤粉燃燒程度為煤粉的最大平均閃爍強(qiáng)度與所有煤粉的平均閃爍強(qiáng)度之差再與煤粉的最大平均閃爍強(qiáng)度的比值。

進(jìn)一步的，當(dāng)煤粉的各個(gè)頻率點(diǎn)的閃爍強(qiáng)度達(dá)到最大時(shí)，煤粉燃燒程度最小，說明遮擋嚴(yán)重。

進(jìn)一步的，該方法還包括：處理器還將噴燃器煤粉的燃燒質(zhì)量通過總線傳送至監(jiān)控主機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

(1)本發(fā)明提出的煤粉燃燒質(zhì)量檢測(cè)方法中，通過修正未燃顆粒物對(duì)背景的遮擋效應(yīng)來計(jì)算修正后的背景輻射強(qiáng)度；利用修正后的背景輻射強(qiáng)度來描述噴燃器煤粉的燃燒質(zhì)量，為火焰狀態(tài)檢測(cè)、燃燒質(zhì)量檢測(cè)等提供了理論依據(jù)；

(2)本發(fā)明提出的煤粉燃燒質(zhì)量檢測(cè)方法實(shí)現(xiàn)了煤粉燃燒程度的量化評(píng)價(jià)指標(biāo)；

(3)本發(fā)明提出的燃燒質(zhì)量檢測(cè)方法，對(duì)當(dāng)前火力發(fā)電領(lǐng)域提高鍋爐精細(xì)化燃燒調(diào)整水平和環(huán)保水平具有直接的幫助作用，填補(bǔ)了該領(lǐng)域的空白的，具有巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

附圖說明

構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分的說明書附圖用來提供對(duì)本申請(qǐng)的進(jìn)一步理解，本申請(qǐng)的示意性實(shí)施例及其說明用于解釋本申請(qǐng)，并不構(gòu)成對(duì)本申請(qǐng)的不當(dāng)限定。

圖1是本發(fā)明的利用光纖實(shí)現(xiàn)噴燃器煤粉燃燒質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明的光電轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是根據(jù)本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的鍋爐燃燒監(jiān)測(cè)畫面。

具體實(shí)施方式

應(yīng)該指出，以下詳細(xì)說明都是例示性的，旨在對(duì)本申請(qǐng)?zhí)峁┻M(jìn)一步的說明。除非另有指明，本文使用的所有技術(shù)和科學(xué)術(shù)語具有與本申請(qǐng)所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員通常理解的相同含義。

需要注意的是，這里所使用的術(shù)語僅是為了描述具體實(shí)施方式，而非意圖限制根據(jù)本申請(qǐng)的示例性實(shí)施方式。如在這里所使用的，除非上下文另外明確指出，否則單數(shù)形式也意圖包括復(fù)數(shù)形式，此外，還應(yīng)當(dāng)理解的是，當(dāng)在本說明書中使用術(shù)語“包含”和/或“包括”時(shí)，其指明存在特征、步驟、操作、器件、組件和/或它們的組合。

圖1是本發(fā)明的利用光纖實(shí)現(xiàn)噴燃器煤粉燃燒質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。

如圖1所示，本發(fā)明的利用光纖實(shí)現(xiàn)噴燃器煤粉燃燒質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)，包括：

光纖傳感器，其設(shè)置于噴燃器口，被配置為采集噴燃器內(nèi)的火焰光信號(hào)并經(jīng)光電轉(zhuǎn)換器傳送至處理器內(nèi)；

所述處理器，被配置為對(duì)光電轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換后的信號(hào)進(jìn)行采樣和頻譜分析，從而分離出信號(hào)中的輻射強(qiáng)度和火焰在各頻率點(diǎn)的閃爍強(qiáng)度；再通過修正未燃顆粒物對(duì)背景的遮擋效應(yīng)來計(jì)算修正后的背景輻射強(qiáng)度；利用修正后的背景輻射強(qiáng)度來描述噴燃器煤粉的燃燒質(zhì)量；

其中，在計(jì)算修正后的背景輻射強(qiáng)度的過程中，首先利用火焰在各頻率點(diǎn)的閃爍強(qiáng)度，計(jì)算煤粉燃燒程度用于描述遮擋程度；再利用煤粉燃燒程度來修正背景輻射強(qiáng)度，修正后的背景輻射強(qiáng)度為輻射強(qiáng)度與煤粉燃燒程度的比值。

因煤粉遮擋效應(yīng)，分離出的信號(hào)輻射強(qiáng)度，也就是火焰光信號(hào)的直流分量其實(shí)是觀測(cè)點(diǎn)的輻射強(qiáng)度，而不是背景輻射強(qiáng)度，背景輻射強(qiáng)度必須根據(jù)煤粉對(duì)背景光的遮擋率進(jìn)行修正。

火焰在基波點(diǎn)和各次諧波頻率點(diǎn)上的大小和閃爍特征，反應(yīng)了顆粒物在爐膛風(fēng)場中的運(yùn)動(dòng)特征，特征越明顯，說明顆粒物濃度越大，濃度越大則對(duì)背景光遮擋越嚴(yán)重，因此，該特征對(duì)背景光是一種負(fù)貢獻(xiàn)。

用如下的煤粉燃燒程度e描述遮擋程度：

其中，umax——為最大平均閃爍強(qiáng)度。當(dāng)各閃爍強(qiáng)度達(dá)到最大時(shí)，e最小(趨向?yàn)?)，說明遮擋嚴(yán)重，當(dāng)各閃爍強(qiáng)度很小時(shí)，e反而很大(趨向?yàn)?)，說明遮擋效應(yīng)較小。

因此，真實(shí)的背景強(qiáng)度u應(yīng)根據(jù)e的大小進(jìn)行反向修正。修正后的背景強(qiáng)度u為：

上式綜合描述了觀測(cè)點(diǎn)直接觀測(cè)到的輻射強(qiáng)度u0、煤粉燃燒程度e，煤粉盡燃前端輻射強(qiáng)度u之間的關(guān)系，也描述和代表了噴燃器的燃燒質(zhì)量。

如圖2所示，光電轉(zhuǎn)換器包括集成運(yùn)算放大器和與其并聯(lián)連接的光敏電阻，所述集成運(yùn)算放大器的反相端輸入與光敏電阻的負(fù)反饋電壓疊加后輸出。

其中，光敏電阻為電阻型傳感器，光電轉(zhuǎn)換器對(duì)光敏電阻采取無失真的阻值——電壓變換，輸入信號(hào)在集成運(yùn)算放大器的反相輸入端與光敏電阻的負(fù)反饋電壓疊加后輸出，輸出電壓與紅外強(qiáng)度(光敏電阻阻值與紅外強(qiáng)度呈反比)之間呈反比關(guān)系。

其中，所述處理器還被配置為采用最小二乘算法對(duì)光電轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換后的信號(hào)進(jìn)行采樣和頻譜分析。

具體地，采用最小二乘算法對(duì)光電轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換后的信號(hào)進(jìn)行采樣和頻譜分析的具體過程為：

步驟一：根據(jù)申農(nóng)采樣理論，確定光電轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換后的信號(hào)的頻率和采樣周期；

根據(jù)傅立葉函數(shù)理論，任何一個(gè)函數(shù)均可表示為如下一個(gè)基頻為ω的傅立葉函數(shù)：

其中，u0—直流分量；λ—直流分量衰減系數(shù)；uk—第k次諧波的幅值；ω——基波電流或電壓的角頻率；θk——第k次諧波的初始相角。k＝1,2,…,m。

根據(jù)申農(nóng)采樣理論，只要采樣頻率f是信號(hào)頻率的兩倍以上，就可以從離散采樣樣本中恢復(fù)出連續(xù)函數(shù)，包括u(t)中的各周期函數(shù)分量sin(kωt)等。此處，如以最高可識(shí)別頻率為119hz為例，則采樣頻率f必須為238hz以上，在快速傅里葉算法中，采樣頻率f一般為信號(hào)頻率的十倍以上，如，要恢復(fù)119hz信號(hào)，采樣頻率一般需要1190hz以上的頻率。

步驟二：根據(jù)最小二乘算法，構(gòu)造一個(gè)最小二乘濾波器；

頻譜分析就是通過采樣信號(hào)序列，最終得u0、λ、uk、θk。目前，有兩種方法可以實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，傅里葉算法和最小二乘算法。本發(fā)明采用最小二乘算法。為此，先將傅立葉函數(shù)展開并簡化。

將傅立葉函數(shù)式中的u0e^-λt按泰勒級(jí)數(shù)展開，取前兩項(xiàng)，則：

u0e^-λt≈u0-u0λt

將sin(kωt+θk)按三角函數(shù)展開，整理，則：

uksin(kωt+θk)＝sin(kωt)ukcos(θk)+cos(kωt)uksin(θk)

從復(fù)函數(shù)的角度，其中，ukcos(θk)和uksin(θk)正好是需要待測(cè)量的第k次諧波矢量的實(shí)部和虛部。而在基波和采樣頻率已定的情況下，函數(shù)空間序列sin(kωti)和cos(kωti)在每個(gè)循環(huán)周期的時(shí)間窗中是一個(gè)固定值。因此，根據(jù)最小二乘方判據(jù)，每次采樣后的采樣樣本與各函數(shù)成分之間的關(guān)系方程為：

ti——第i次采樣時(shí)刻。經(jīng)過連續(xù)n次采樣后，將得到n個(gè)方程。如果將u0、u0λ，以及所有諧波的實(shí)部和虛部作為未知量，且用矩陣表示，則n次采樣結(jié)果可用如下矩陣方程表示：

若采用等間隔采樣，則t——基波函數(shù)的周期。

如果用a表示上述的n行、2(m+1)列的系數(shù)矩陣，用x表示單列2(m+1)行的待測(cè)變量矩陣，用u表示單列采樣矩陣，則上述采樣矩陣可表示為：

a·x＝u

系數(shù)矩陣a第三列元素表示表示了sin(ωt)在各個(gè)采樣時(shí)刻的數(shù)值，a的第四列元素表示了cos(ωt)在各個(gè)采樣時(shí)刻的數(shù)值。a的第五列元素表示了二次諧波sin(2ωt)在各個(gè)采樣時(shí)刻的數(shù)值，依次類推。

因系數(shù)矩陣a一定存在逆矩陣a^-1，因此：

x＝a^-1·u

其中，逆矩陣a^-1的維數(shù)為2(m+1)*n。

a^-1即是最小二乘濾波器。一旦根據(jù)第一步選擇了采樣周期，a^-1便是一個(gè)事先可計(jì)算的常數(shù)矩陣。

步驟三：根據(jù)最小二乘濾波器對(duì)光電轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換后的信號(hào)進(jìn)行濾波處理，得到光電轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換后的信號(hào)的直流分量以及各個(gè)頻率點(diǎn)的諧波幅值，分別記為輻射強(qiáng)度和火焰在各頻率點(diǎn)的閃爍強(qiáng)度。

根據(jù)矩陣x的定義和方程x＝a^-1·u，則：

基波含量計(jì)算過程為：

第k次諧波的計(jì)算過程為：

本發(fā)明利用最小二乘算法對(duì)信號(hào)進(jìn)行采樣及頻譜分析，該方法具有較高的時(shí)頻分析精度,能較準(zhǔn)確地識(shí)別信號(hào)的頻譜特征，而且能夠較精確的刻畫儲(chǔ)層的位置和邊界，能夠進(jìn)一步提高儲(chǔ)層預(yù)測(cè)的精度。

例如：針對(duì)華電青島發(fā)電有限公司的#2爐火檢測(cè)溫，該機(jī)組共有28個(gè)光纖傳感器，分別為光纖火焰檢測(cè)裝置，每個(gè)裝置分為前端探頭和后端控制器兩部分，前端探頭實(shí)現(xiàn)了光纖取樣和光電轉(zhuǎn)換，探頭內(nèi)的電路即圖2所示電路?；鹧婀庑盘?hào)無失真地轉(zhuǎn)換為電流信號(hào)，進(jìn)入后端的控制器進(jìn)行分析處理。

28個(gè)光纖傳感器通過rs-485總線與監(jiān)控主機(jī)構(gòu)成一套完整監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，鍋爐中煤粉燃燒狀況和質(zhì)量在主機(jī)監(jiān)視畫面中顯示。

本發(fā)明還提供了利用光纖實(shí)現(xiàn)噴燃器煤粉燃燒質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)的檢測(cè)方法。

本發(fā)明的利用光纖實(shí)現(xiàn)噴燃器煤粉燃燒質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)的檢測(cè)方法，包括：

(1)光纖傳感器采集噴燃器內(nèi)的火焰光信號(hào)并經(jīng)光電轉(zhuǎn)換器傳送至處理器內(nèi)；

(2)處理器對(duì)光電轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換后的信號(hào)進(jìn)行采樣和頻譜分析，從而分離出信號(hào)中的輻射強(qiáng)度和火焰在各頻率點(diǎn)的閃爍強(qiáng)度；再通過修正未燃顆粒物對(duì)背景的遮擋效應(yīng)來計(jì)算修正后的背景輻射強(qiáng)度；利用修正后的背景輻射強(qiáng)度來描述噴燃器煤粉的燃燒質(zhì)量；

其中，在計(jì)算修正后的背景輻射強(qiáng)度的過程中，首先利用火焰在各頻率點(diǎn)的閃爍強(qiáng)度，計(jì)算煤粉燃燒程度用于描述遮擋程度；再利用煤粉燃燒程度來修正背景輻射強(qiáng)度，修正后的背景輻射強(qiáng)度為輻射強(qiáng)度與煤粉燃燒程度的比值。

具體地，采用最小二乘算法對(duì)光電轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換后的信號(hào)進(jìn)行采樣和頻譜分析。

具體地，采用最小二乘算法對(duì)光電轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換后的信號(hào)進(jìn)行采樣和頻譜分析的具體過程為：

步驟一：根據(jù)申農(nóng)采樣理論，確定光電轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換后的信號(hào)的頻率和采樣周期；

根據(jù)傅立葉函數(shù)理論，任何一個(gè)函數(shù)均可表示為如下一個(gè)基頻為ω的傅立葉函數(shù)：

其中，u0—直流分量；λ—直流分量衰減系數(shù)；uk—第k次諧波的幅值；ω——基波電流或電壓的角頻率；θk——第k次諧波的初始相角。k＝1,2,…,m。

根據(jù)申農(nóng)采樣理論，只要采樣頻率f是信號(hào)頻率的兩倍以上，就可以從離散采樣樣本中恢復(fù)出連續(xù)函數(shù)，包括u(t)中的各周期函數(shù)分量sin(kωt)等。此處，如以最高可識(shí)別頻率為119hz為例，則采樣頻率f必須為238hz以上，在快速傅里葉算法中，采樣頻率f一般為信號(hào)頻率的十倍以上，如，要恢復(fù)119hz信號(hào)，采樣頻率一般需要1190hz以上的頻率。

步驟二：根據(jù)最小二乘算法，構(gòu)造一個(gè)最小二乘濾波器；

頻譜分析就是通過采樣信號(hào)序列，最終得u0、λ、uk、θk。目前，有兩種方法可以實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，傅里葉算法和最小二乘算法。本發(fā)明采用最小二乘算法。為此，先將傅立葉函數(shù)展開并簡化。

將傅立葉函數(shù)式中的u0e^-λt按泰勒級(jí)數(shù)展開，取前兩項(xiàng)，則：

u0e^-λt≈u0-u0λt

將sin(kωt+θk)按三角函數(shù)展開，整理，則：

uksin(kωt+θk)＝sin(kωt)ukcos(θk)+cos(kωt)uksin(θk)

從復(fù)函數(shù)的角度，其中，ukcos(θk)和uksin(θk)正好是需要待測(cè)量的第k次諧波矢量的實(shí)部和虛部。而在基波和采樣頻率已定的情況下，函數(shù)空間序列sin(kωti)和cos(kωti)在每個(gè)循環(huán)周期的時(shí)間窗中是一個(gè)固定值。因此，根據(jù)最小二乘方判據(jù)，每次采樣后的采樣樣本與各函數(shù)成分之間的關(guān)系方程為：

ti——第i次采樣時(shí)刻。經(jīng)過連續(xù)n次采樣后，將得到n個(gè)方程。如果將u0、u0λ，以及所有諧波的實(shí)部和虛部作為未知量，且用矩陣表示，則n次采樣結(jié)果可用如下矩陣方程表示：

若采用等間隔采樣，則t——基波函數(shù)的周期。

如果用a表示上述的n行、2(m+1)列的系數(shù)矩陣，用x表示單列2(m+1)行的待測(cè)變量矩陣，用u表示單列采樣矩陣，則上述采樣矩陣可表示為：

a·x＝u

系數(shù)矩陣a第三列元素表示表示了sin(ωt)在各個(gè)采樣時(shí)刻的數(shù)值，a的第四列元素表示了cos(ωt)在各個(gè)采樣時(shí)刻的數(shù)值。a的第五列元素表示了二次諧波sin(2ωt)在各個(gè)采樣時(shí)刻的數(shù)值，依次類推。

因系數(shù)矩陣a一定存在逆矩陣a^-1，因此：

x＝a^-1·u

其中，逆矩陣a^-1的維數(shù)為2(m+1)*n。

a^-1即是最小二乘濾波器。一旦根據(jù)第一步選擇了采樣周期，a^-1便是一個(gè)事先可計(jì)算的常數(shù)矩陣。

步驟三：根據(jù)最小二乘濾波器對(duì)光電轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換后的信號(hào)進(jìn)行濾波處理，得到光電轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換后的信號(hào)的直流分量以及各個(gè)頻率點(diǎn)的諧波幅值，分別記為輻射強(qiáng)度和火焰在各頻率點(diǎn)的閃爍強(qiáng)度。

根據(jù)矩陣x的定義和方程x＝a^-1·u，則：

基波含量計(jì)算過程為：

第k次諧波的計(jì)算過程為：

因煤粉遮擋效應(yīng)，分離出的信號(hào)輻射強(qiáng)度，也就是火焰光信號(hào)的直流分量其實(shí)是觀測(cè)點(diǎn)的輻射強(qiáng)度，而不是背景輻射強(qiáng)度，背景輻射強(qiáng)度必須根據(jù)煤粉對(duì)背景光的遮擋率進(jìn)行修正。

火焰在基波點(diǎn)和各次諧波頻率點(diǎn)上的大小和閃爍特征，反應(yīng)了顆粒物在爐膛風(fēng)場中的運(yùn)動(dòng)特征，特征越明顯，說明顆粒物濃度越大，濃度越大則對(duì)背景光遮擋越嚴(yán)重，因此，該特征對(duì)背景光是一種負(fù)貢獻(xiàn)。

用如下的煤粉燃燒程度e描述遮擋程度：

其中，umax——為最大平均閃爍強(qiáng)度。當(dāng)各閃爍強(qiáng)度達(dá)到最大時(shí)，e最小(趨向?yàn)?)，說明遮擋嚴(yán)重，當(dāng)各閃爍強(qiáng)度很小時(shí)，e反而很大(趨向?yàn)?)，說明遮擋效應(yīng)較小。

因此，真實(shí)的背景強(qiáng)度u應(yīng)根據(jù)e的大小進(jìn)行反向修正。修正后的背景強(qiáng)度u為：

上式綜合描述了觀測(cè)點(diǎn)直接觀測(cè)到的輻射強(qiáng)度u0、煤粉燃燒程度e，煤粉盡燃前端輻射強(qiáng)度u之間的關(guān)系，也描述和代表了噴燃器的燃燒質(zhì)量。

該方法還包括：處理器還將噴燃器煤粉的燃燒質(zhì)量通過總線傳送至監(jiān)控主機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。

本發(fā)明提出的煤粉燃燒質(zhì)量檢測(cè)方法中，通過修正未燃顆粒物對(duì)背景的遮擋效應(yīng)來計(jì)算修正后的背景輻射強(qiáng)度；利用修正后的背景輻射強(qiáng)度來描述噴燃器煤粉的燃燒質(zhì)量，為火焰狀態(tài)檢測(cè)、燃燒質(zhì)量檢測(cè)等提供了理論依據(jù)；

本發(fā)明提出的煤粉燃燒質(zhì)量檢測(cè)方法實(shí)現(xiàn)了煤粉燃燒程度的量化評(píng)價(jià)指標(biāo)；

本發(fā)明提出的燃燒質(zhì)量檢測(cè)方法，對(duì)當(dāng)前火力發(fā)電領(lǐng)域提高鍋爐精細(xì)化燃燒調(diào)整水平和環(huán)保水平具有直接的幫助作用，填補(bǔ)了該領(lǐng)域的空白的，具有巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

上述雖然結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行了描述，但并非對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，在本發(fā)明的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動(dòng)即可做出的各種修改或變形仍在本發(fā)明的保護(hù)范圍以內(nèi)。