基于静电传感器的稀相气力输送流动特性分析

气力输送在电力、化工和冶金等工业领域应用广泛,在线分析颗粒流动特性对于节能减排和安全稳定输送具有重要意义。利用静电传感器的局部敏感特性,采用Hilbert-Huang变换对稀相气力输送过程中不同流动状态的动态特性进行研究,并且分析了管道中不同位置静电信号的频率特性。通过分解后的细节信号与原始信号的相关性分析,发现高频细节信号imf1~imf3所占的能量比可以作为流动状态的表征参数。这对于进一步研究气力输送的稳定性有重要的理论和实践意义。     

稠密气固两相流静电与压力信号多尺度分析

粉体气力输送过程,由于颗粒之间及颗粒与管道之间碰撞、摩擦、分离,导致颗粒携带大量电荷。粉体颗粒荷电含有丰富的气固两相流动信息。在加压密相气力输送实验装置上,研究了静电信号和压力信号在表征气固两相流流动特性上的异同。利用Hilbert-Huang变换(HHT)对静电信号和压力信号进行了多尺度分解,并分别对分解的细节信号进行了R/S分析和能量计算。结果表明:静电信号主要表征气相与单颗粒及颗粒与颗粒之间相互作用的微尺度特性,而压力信号表征气相与固相整体之间相互作用的宏尺度特性。将静电信号和差压信号2种信息源结合,有助于认识高压气固两相流复杂的流动形态及其转变规律,可深层次揭示密相气固两相系统的动力学行为。     

圆环式静电传感器的动态灵敏度分析

粉体气力输送过程中,颗粒的速度是描述气固两相流动特性的一个重要参数,实现颗粒速度的实时检测对于了解流体内部流动状态、节能与控制具有重要的意义。圆环状静电传感器是一种非侵入式的传感器,具有较高的综合灵敏度,结构简单,适应于恶劣工业现场的环境。文中在对内嵌式圆环静电传感器的灵敏场进行三维有限元分析的基础上定义了动态灵敏度,用于描述传感器上检测信号与运动荷电粉体之间的关系。理论分析表明,传感器的动态灵敏度主要取决于传感机理、荷电粉体的空间位置及其速度(包括轴向和径向分量)。传送带实验结果表明,当传送带的径向位置保持不变时,测量信号的有效值ī 随速度单调递增;当传送带速度保持不变时,减小其距离管壁的距离d,测量信号的有效值ī关于d非线性递减,体现了核函数K(r, x)的非线性。实验结果验证了理论分析的合理性。     

基于压力信号互相关方法的烟气三维流速测量

介绍了将互相关方法用于三维烟气流速测量的实验研究。采用专门研制的压力传器空间４点分布的测速的探头,对管道内柴油燃烧高温烟气的流动速度进行测量。试验中首先对烟气流动所产生的压力脉动信号和温度脉动信号进行分析,研究烟气流速和温度对压力脉动主频的影响,以选用合适的传感器。实验结果表明,该测速方法具有测量精度高,稳定性好及抗干扰性强等特点,适宜于工业现场应用。     

基于声学技术的非接触式烟气流速测量实验

在不影响烟气管道原有流场的前提下,基于声学技术对电站锅炉烟气流速进行了非接触式实验测量。实验采用扫频信号作为信号源,声源和声音传感器分别布置在流道上下2个端面,倾斜一定角度并呈一条直线;根据时差法求气体流速原理,分别运用基本互相关算法和基于相位变换(PHAT)加权广义互相关算法对声波飞渡时间进行测量;比较不同算法和不同倾斜角的测量结果,找到最合适的倾斜角度,并与涡街流量计测得的结果进行比较,验证其可行性。结果表明:非接触式声波法可以在不影响管道流动的情况下准确测得烟气流速;PHAT加权广义互相关算法在测量准确性和灵敏度方面明显优于基本互相关算法;非接触式声波法声源扫频频率5 000~8 000 Hz、倾斜角20°时测量结果最准确,精确度高。     

基于变分模态分解的光纤电流传感器小波去噪方法

为了提高光纤电流传感器测量信号的信噪比和测量精度,提出一种结合小波分析的变分模态分解去噪方法.该方法利用消除趋势波分析确定变分模态分解层数,并且采用互信息法确定相关模态,筛选出含噪声量较大的不相关模态,对不相关模态用sym8小波变换进行去噪处理,在此基础上进行信号重构,保证信号特征和完整度.在仿真的基础上,对光纤电流传感器的模拟阶跃直流电流和交流谐波电流,分别采用该方法去噪,把方均根误差和信噪比作为衡量去噪效果的指标,并和传统模态分解去噪、经验模态分解去噪和局部均值分解去噪进行比较.仿真结果显示,该方法能有效降低光纤电流传感器输出信号的噪声含量.     

基于声发射的管道内气固两相流颗粒相含量测量

为了实现管道内气固两相流颗粒相含量的在线测量,通过安装在管道截面网状结构上的传感器对管道内不同含量的气固两相流的声发射信号进行采集,通过集合经验模分解(EEMD)算法对采集到的信号进行10层分解,比较本征模函数(IMF)分量相对于原始信号的贡献率及其频域特性,建立了颗粒相含量与各个IMF分量之间的线性关系,并对该线性关系进行实验验证。结果表明:在给料量在4~20 g/s范围内,IMF1、IMF2和IMF3都能很好反映原始信号的某些频率内的特性,可以用来建立颗粒相含量与声发射信号之间的关系;其拟合函数误差均小于10%,平均误差小于5%,与小波包分析法进行对比,EEMD方法得到的结果更为精确。采集到的信号经EEMD分解后的3个分量,均可用以监测气固两相流中的颗粒相含量。     

静电感应空间滤波法固相颗粒速度测量

基于静电传感器空间滤波技术的气固两相流颗粒速度测量方法具有结构简单、数据处理方便等特点。文中从理论上推导了圆环状静电传感器输出信号的功率谱特性与颗粒移动速度之间的关系，并对电极长度、绝缘管段的厚度和屏蔽罩轴向长度等因素对静电传感器空间滤波特性的影响进行了仿真分析，为静电感应空间滤波器的设计提供了理论基础。提出利用小波分析对功率谱特性曲线进行平滑处理的方法，可准确地确定功率谱特性曲线的尖峰频率值fmax。并在加压密相气力输送系统上进行实验研究，结果表明：颗粒体积浓度范围在6.72%~13.04%，气体表观速度在8.63~18.61 m/s之间时，系统重复性优于4%。     

电能质量信号的非均匀子带分解小波去噪

针对频谱范围广的电能信号去噪问题,为了在去噪时保留电能信号中的高频谐波分量,采用控制子带个数和带宽的方法,提出一种基于功率谱特征判决器控制的非均匀子带分解小波去噪算法。其主要特点是采用信号功率谱幅度分割的方法,对小波包变换子带进行非均匀分解,动态调整小波包去噪结构,优化小波包去噪系数选择,从而在去除高频电磁噪声的同时保留高频谐波。使用该方法对多电飞机自耦变压整流器(ATRU)电能信号进行去噪,对应不同信号能够实现自适应非均匀子带分解,合理保留信号谐波成分。实验结果表明,该算法在滤除电磁干扰噪声的同时有效信号高频特征保留量为89.21%,获得了更好的去噪效果。     

用最优谐波小波包变换抑制局部放电混频随机窄带干扰

在进行电气设备局部放电(partial discharge,PD)在线监测中,当多个随机周期性窄带干扰的频率位于传感器监测频段内部时,会严重影响监测的可信性和准确性,然而目前缺乏有效抑制此类干扰的方法。为此,利用谐波小波具有严格盒形频谱特性的优点,提出一种基于最优离散谐波小波包变换的PD去噪新方法,将不同频率窄带干扰的能量分别集中在单一的子带内,用分解后子带香农熵比值的大小来确定包含各窄带干扰的子带,只要将对应的小波系数置零后重构就能得到去除窄带干扰后的PD信号,克服了离散小波包变换子带间存在频谱泄漏的缺点,实现了对PD监测信号的自适应优化分解。通过对仿真和实测PD信号频带范围内含有的混频随机窄带干扰进行去噪处理,并与离散小波包变换去噪结果进行对比分析后表明,最优离散谐波小波包变换对PD信号去噪后的能量损失和波形畸变较小,有利于后续对PD信号的模式识别,可以解决干扰频率位于监测频段内难于抑制的难题。     

燃气管道泄漏的次声源定位算法研究

针对城市燃气管道泄漏定位精度不高的问题,根据燃气管道泄漏时泄漏点产生次声波的特性,提出了一种燃气管道泄漏的次声源定位算法。该算法通过构建泄漏源的定位模型,利用传感器节点和泄漏点之间位置上的几何关系得到泄漏点位置。首先利用传感器阵列采集燃气管道泄漏时产生的次声波信号,并对该信号进行小波去噪处理,接着利用广义互相关法计算相邻传感器节点间的时延,最后结合定位模型计算出泄漏点位置。针对算法的信号处理部分进行了仿真,并在实验室进行了泄漏点定位的模拟实验。结果表明,在燃气管道泄漏定位中,算法的定位误差在1 m以内,具有较高的定位精度。     

基于单子带重构改进小波变换的电力系统谐波检测方法

Mallat快速离散小波变换注重总体抗混叠和信号重建,忽略分解分量中的频率混叠抑制,在电力系统谐波检测中产生严重的频率混叠现象.虽然单子带重构小波变换提高了频率分辨率,但是分析结果仍存在一定程度的频率混叠.单子带重构改进小波变换算法,对信号进行分解与重构时,利用快速傅里叶变换(FFT)和快速傅里叶逆变换(IFFT)对各子带信号进行处理.该方法可以克服传统小波变换算法存在频率混叠现象的固有缺陷,仿真计算结果证明了该方法的有效性,为电力系统谐波、间谐波和时变谐波分量的精确检测提供了一种有效手段.     

基于双截面电容层析成像技术的两相流速测量

利用双截面电容层析成像技术,将多相流速测量转化为时延估计问题。为提高流速测量的可靠性和准确性,分析研究了各类时延估计算法及其特点,结合双截面ECT系统对粉煤灰气力输运过程进行实时监测。该过程气固两相流速范围大致是0~14m/s,灰气质量比一般为10/1~40/1;颗粒度大约在2m~2mm。分别采用基于高阶统计量和小波变换的时延估计算法计算内径125mm的水平管道中的固体流速,实验结果证明了该测速方法的有效性。由于两相流信号具有非高斯非平稳特性,基于小波变换的时延估计算法可得到更准确的结果,基于互双谱的时延估计算法得到的流速与其相差1m/s左右。     

基于MATLAB小波变换的电力系统谐波检测方法研究

本文介绍基于MATLAB小波变换的谐波检测方法。由于小波变换具有良好的时频局部化特性,近年来已将小波变换应用于谐波检测中。本文采用一维小波变换中Daubechies(dbN)小波将噪声信号分解。综合利用MATLAB中的Simulink、电力系统工具箱进行仿真建模。通过仿真验证表明,小波变换能快速而准确地将信号中的基波信号和不同频率的谐波信号分解出来,从而达到检测谐波的目的。     

提取局部放电脉冲特征的新算法

针对局部放电测量中存在的缓变窄带干扰,采用Ｍａｌａｔ塔式小波分解算法对局部放电信号和噪声信号的小波分解特性进行详细研究,并提出了一种基于ａｄｈｏｃ算法思想的算法,来提取局部放电脉冲的位置与幅值特征。实验证明,该算法能有效地提取局部放电信号的特征,可用于绝缘局部放电在线监测。     

光学信号互相关法测量两相流颗粒流速的试验研究

气固两相流中的颗粒流过激光光束时会使得光透射强度信号产生波动，对上下游布置的2个光波动噪声信号进行采样，通过互相关计算，可以得到颗粒的速度。试验表明该测量技术抗干扰能力强，测量精度能满足工程测量的要求，可用于非球形、不透明颗粒的速度测量。     

基于改进的变分模态分解和LGBM算法的换流站消防管道泄漏监测定位方法

超高压换流站消防管道多埋设于地下,容易受到站内入地电流腐蚀从而产生严重的泄漏。本文基于变分模态分解(Variation Mode Decomposition, VMD)和轻量级的高效梯度提升树(Light Gradient Boosting Machine, LGBM)设计一种新的管道泄漏监测定位算法。该算法首先对VMD算法进行改进,在保证分解充分的前提下尽可能以较低的计算量将采集到的原始信号分解,并在将VMD算法和小波去噪算法相结合,对信号进行去噪处理以确保提取具备较优表征的特征。为提高管道泄漏监测的准确性和时效性,本文引入LGBM模型,将去噪后提取的特征作为模型的输入,通过训练所得的模型来判定管道泄漏的运行状态。若泄漏发生,则对采集信号进行时延估计来互相关运算,定位泄漏点位置;未发生泄露,则继续进行下一次判断。从而实现管道运行状态在线监测的目的。     

基于小波包时-频能量群的非稳态谐波分析

针对电力系统中非稳态谐波的频谱具有一定带宽的特点,提出了一种小波包时-频能量群的谐波分析新方法.该方法对信号进行恰当的小波包分解,使非稳态谐波的频谱落到某个频率子带上,将子带内的频谱作为一个谐波能量群.在谐波能量群的基础上,提出了适合测量非稳态谐波的参数.仿真结果表明,较之FFT谐波分析方法,小波包时-频能量群的谐波分析方法更适合分析谐波电压剧降、指数衰减和正弦调制等这类复杂的非稳态谐波,并且比FFT波分析方法具有更高的准确度.     

小波分析在电力系统谐波相位检测中的应用

为了防止电力系统谐波危害,保证系统安全运行,必须确切掌握电力系统中谐波的实际情况,正确分析电能质量.根据电网谐波中既存在稳态谐波分量又有暂态谐波分量的特点,依据小波分析具有对非平稳信号的分析和处理能力及多分辨率的特性,将小波变换理论应用于电网谐波检测中,提出了利用小波变换实现测量信号各次谐波相位的方法.仿真算例表明,小波多分辨分析法能够正确地提取电力系统的谐波信号,利用小波分解的尺度系数能得到各次谐波的精确相位,验证了该方法的可行性.     

光信号互相关测量两相流中颗粒流动速度的研究

该文介绍了利用信号互相关方法测量气固两相流中固体颗粒一维流速的研究，根据颗粒经过气流流动方向上相邻两束激光光束时对光强的吸收时序信号所进行的相关计算，可以得到颗粒运动的平均速度，考虑到颗粒的多分散性特点，根据互相关曲线上的多个峰值，可以计算出颗粒的平均速度。通过在两相流试验台上的实验结果表明，速度测量的相对误差在10％之内，并且具有较好的重复性。该方法具有抗干扰能力强、适于工业现场测量、适应于各种颗粒的形状等特点。此外，文中还对影响测速精度的因素做了讨论。