Система контроля эрозионных процессов в камере сгорания Советский патент 1992 года по МПК F23N5/12 

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано в системах контроля надежности работы энергетических установок.

Известны устройства, позволяющие получать информацию о технологических параметрах и их изменениям в ходе технологического процесса, в частности, с помощью ВЧ- и СВЧ-датчиков и измерительных устройств. Известные устройства содержат датчики в виде антенн, резонаторов ВЧ и СВЧ, генераторы ВЧ и

СВЧ, измерители (приемники), элементы волноводной полосковой техники.

Недостатком известных устройств является невозможность определять динамику эрозии в диэлектрических стенках при воздействии на стенку температурных полей.

Наиболее близким к предлагаемой системе является устройство, содержащее измерительный автогенератор, настроенный на частоту выше плазменной и установленный на внешней стенке газовода, датчик в виде резонатора, расположенного на внут N| О

СО

чэ го о

ренней стенке газовода, утопленного в нее заподлицо с поверхностью, заполненного диэлектриком, имеющего непроводящий участок поверхности, обращенный внутрь газовода, и содержащего элемент связи с автогенератором, линию связи автогенератора с резонатором, проложенную через отверстие в стенке газовода, измеритель, а также дополнительный автогенератор, настроенный на частоту ниже плазменной, дополнительный элемент связи в резонаторе и дополнительная линия связи, конструктивно аналогичная основной и соединенная с дополнительным элементом связи и дополнительным автогенератором, каждый элемент связи выполнен емкостным или индуктивным, емкостный элемент связи установлен в точке резонатора, соответствующей узлу электрического поля, возбуждаемого другим элементом связи, а индуктивный элемент связи установлен в точке резонатора, соответствующей узлу магнитного поля, выходы генераторов подключены к двум входам измерителя, выполненного в виде устройства, формирующего сигнал, пропорциональный взвешенной разности частот автогенераторов. Колебание с частотой выше плазменной несет информацию о концентрации электронов и о помеховых факторах, колебание с частотой ниже плазменной несет информацию только о помехе. Измерение электрических параметров диэлектриков с учетом помех в этом устройстве невозможно.

Недостатком известного устройства является низкое качество контроля, обусловленное свойствами СВЧ открытого резонатора, формирующего пространственно-локализованное электромагнитное поле, причем области локализации для обеих частот практически совпадают, кроме того, принцип выбора двух частот обусловлен спецификой электрофизических свойств плазмы и при диагностике диэлектриков эффекта не дает.

Целью изобретения является повышение качества контроля эрозионных процессов при воздействии температурных помех.

Указанная цель достигается тем, что в системе, содержащей два автогенератора СВЧ-диапазона, настроенных на измерительную fi и дополнительную h частоты и соединенных с датчиком через элементы связи линиями передачи, а выходы автогенераторов соединены с измерителем, датчик выполнен в виде антенны, например, полосковой, установленной на внешней поверхности радиопрозрачной стенки камеры сгорания так, что плоскость раскрыва антенны совпадает с внешней поверхностью

стенки, антенна выполнена так, что на измерительной частоте она имеет максимум излучения по вертикали, а на дополнительной частоте имеет минимум излучения по верти- 5 кали и изотропное распределение по азимуту, входы линии передачи подключены к выходам автогенераторов через полосно- пропускающие фильтры, настроенные на частоты fi и f2 соответственно, а значения

0 частот удовлетворяют соотношению:

Fm If2-2fil A-Fm, где Fm max (Д fim, Af2m);

Afim, Af2m - девиации частот fi и h A 7,5; 11 - коэффициент, полученный

5 эмпирическим путем.

На фиг. 1 изображена структурная схема системы контроля эрозионных процессов при воздействии температурных помех; на фиг. 2 - диаграммы направленности по0 лосковой антенны,возбужденной колебаниями с частотами fi и f2; на фиг. 3 - эпюры напряжений (сплошная линия) и токов (пунктирная линия) в апертуре полосковой антенны; на фиг. 4 - вариант выполнения

5 направленной полосковой антенны и элементов связи; на фиг. 5 - пример функциональной схемы измерителя.

Структурная схема системы контроля эрозионных процессов (фиг. 1) содержит два

0 автогенератора 1 и 2 СВЧ-диапазона, настроенных на измерительную fi и дополнительную f2 частоты и соединенных с датчиком 3 через элементы 4 и 5 связи линиями 6 и 7 передачи, выходы автогенераторов

5 соединены с измерителем 8.

На фиг. 3 показан принцип разделения автогенераторов друг от друга. Для развязки колебаний с частотами fi и f2 в антенне элементы связи индуктивного характера

0 должны располагаться в узлах токов чужого поля колебания (точки А и Б), тогда петля в точке А, возбуждающая ток в апертуре антенны (пунктирные линии), не может формировать поле с распределением, указан5 ным на фиг. За (так как в точке А ток равен нулю), а возбуждает f2, распределение показано на фиг. 36. Аналогично петля Б возбуждает только fi.

Система работает следующим образом.

0Автогенераторы 1 и 2 (фиг. 1) одновременно возбуждают в антенне 3 колебания с частотами fi и f2. Колебание fi формирует такое распределение тока в апертуре антенны (фиг. За), вследствие которого диаграмма

5 излучения направлена перпендикулярно плоскости антенны в объем камеры. Эта волна проникает через радиопрозрачный корпус, претерпевает рассеянное отражение, принимается антенной и вызывает в

автогенераторе 1 авюдинный эффект, зависящий, главным образом, от координаты участка и в меньшей степени от диаграммы обратного рассеяния. Изменение частоты автогенератора 1 зависит также от температуры стенки, влияющей на диэлектрическую проницаемость среды распространения: это и есть помеха.

Колебание с частотой h формирует диаграмму излучения, направленную вдоль стенки. Здесь влияние диэлектрической проницаемости стенки как функции температуры на частоту автогенератора 2 преобладает, так как в зону облучения попадают отдаленные области эрозирующего участка и обратное рассеяние от них очень слабое.

Таким образом, в сигналах с частотами fi и 2 содержится информация как полезная, так и помеховая, но в разных пропорциях.

В линейном приближении можно записать

Afi Afi(L)- Afi (Р)

(P)-r Af2(L) -iliAP+3f2AL

Зр др + 31Л1,

где L -- контролируемая величина: Р - помеха.

Приращения A fi и A h неодинаковы вследствие различия как частот f и f2. так и

3f 3fv 3fixx3f2 и др. в частности

Минимальная ошибка контроля достигается, если измеритель 8 осуществляет

операцию (f i -m h), где

e . / f Tx - - .

m F (-, A f imm, A f2mm, M 7j 7j Јn

tg 6C. Ai, Bi. Ci.dfi,df2. Qi,-Q2, Ф1. Ф2). где Afimm максимальная частота информационного сигнала на частоте fi:

f2mm - минимальная частота информационного сигнала на частоте

Я - длина волны,

W. t - ширина, толщина полоска:

d - толщина подложки:

t c, tg дс - действительная и мнимая части диэлектрической проницаемости стенки камеры:

f n - диэлектрическая проницаемость подложки:

Ai, Bi. Ci - геометрические размеры камеры:

д fi, д f - абсолютные нестабильности частот первого и второго генераторов:

Qi. Q - добротности антенны на частотах fi и f2:

Ф, Ф2 - паразитные лепестки диаграммы направленности в сторону основного лепестка Чужого колебания.

Для того, чтобы система контроля обес- печивала поставленную цель, необходимо соблюдение соотношения между несущими частотами:

Fm |f2-2 f2l A-Fm.

где Afim, Af2m - девиации частот fi и f2,

0 Нижняя граница указанного неравенства предотвращает попадание частоты биений Fj I fa - 2 f 11 в информационную полосу устройства.

Эмпирический коэффициент А лежит в

5 пределах: 7.5 : А 11-. Частота биений Fy должна находиться в интервале от Fm до min 7,5 Fm. Этот интервал обусловлен нестабильностью частоты автогенераторов, добротностью антенны, наличием боковых

0 лепестков, направленных в сторону основного лепестка другого колебания. При возрастании коэффициента А от 7.5 до 11 возрастает погрешность, связанная с интегральным измерением эрозионных процес5 сов Этот коэффициент необходимо выбирать исходя из геометрических характеристик камеры и антенны, а также в зависимости от электрофизических свойств материалов камеры и антенны.

0 Пример функциональной схемы измерителя со взвешенным вычитанием представлен на фиг. 5. ввиду нецелочисленности (и даже иррациональности) весового коэффициента m операция взвешенного сумми5 рования частот может быть осуществлена только в цифровой форме. Однако непосредственно оцифровать сигналы с частотами fi и т2 нельзя ввиду ограниченных частотных возможностей общедоступных

0 микросхем. Поэтому предварительно произведено аналоговое преобразование частот f i и f2 с помощью гетеродина (генератор f3 и умножители рДз. где рт.2 целое число). После оцифровки и предварительного деле5 ния (умножения) все три сигнала суммиру- ются в сумматоре с известной структурой, при этом слагаемые с частотой fs взаимно уничтожаются и нестабильность гетеродина компенсируется.

0Формула изобретен и я

Система контроля эрозионных процессов в камере сгорания, содержащая два автогенератора электромагнитных колебаний измерительной и дополнительной частот,

5 подключенные к измерителю взвешенной разности частот и соединенные линиями передачи через элементы связи с датчиком, установленным на стенке камеры сгорания, отличающаяся тем. что. с целью повышения качества контроля эрозионных

про.цессов в камере сгорания с радиопрозрачной стенкой, она дополнительно содержит два полосно-пропускающих фильтра, через которые автогенераторы соединены с датчиком, последний выполнен в виде поло- сковой антенны, усановленной на внешней поверхности стенки камеры сгорания и имеющей плоскость раскрыва, совпадающую с внешней поверхностью стенки, и две диаграммы направленности - одну с максимумом излучения на измерительной частоте в направлении, перпендикулярном к поверхности стенки, вторую с минимумом излуче0

ния на дополнительной частоте в упомянутом направлении и изотропным распределением излучения по азимуту в плоскости раскрыва антенны, а значения измерительной и дополнительной частот f 1 и i удовлетворяют соотношению

Fm If2-2fil AFm. где Fm max (Л f im. Л f2m):

Д f 1m и Л hm - девиации частот f i и h;

A - эмпирический коэффициент, выбираемый из условия 7.5 4 А 11.

Изобретение относится к теплоэнергетике и имеет целью повышение качества контроля эрозионных процессов в камерах сгорания с рэдиопрозрачной стенкой. Система содержит два автогенератора СВЧ-ди- апазона, настроенных на измерительную fi и дополнительную h частоты. Автогенераторы через полосно-пропускающие фильтры с соответственно пропусканием частот fi и fa подключены к антенне, например, полоско- вой, которая способна одновременно формировать две ортогональные диаграммы направленности. Вертикальная диаграмма направленности используется для получения информации на частоте fi в основном о полезной информации (распространение фронта горения в камере, механические перемещения деталей в камере, пиролизе и т.д.). Горизонтальная диаграмма направленности используется для получения информации в основном о температурном воздействии на стенку камеры, т.е. помехе. Применение измерителя, осуществляющего взвешенное вычитание, позволяет получать информацию, освобожденную от температурных помех. Значения частот выбраны из условия Fm I fa - 2 f 11 A Fm, где Fm - max (Afim. Af2m); Afim и Af2m - девиации частот fi и f2; A - коэффициент, удовлетворяющий условию 7,5 - A . 11.5 ил. СП с

| Выход Фиг.1

15