本发明涉及信号处理，具体地说，涉及一种能够在线实时检测炉内化渣情况的音频化渣系统。
背景技术：
1、在转炉炼钢、燃煤粉电站锅炉等高温炉膛操作中，化渣过程对整个工艺效率、产品质量以及环境保护至关重要。理想的化渣状态有助于加速化学反应、减少能量消耗、防止炉衬侵蚀，以及减少有害排放物。然而，化渣过程往往在封闭且高温的炉体内进行，直接观察和实时监测十分困难，导致操作人员难以准确判断化渣情况，无法及时做出最优工艺调整。并且炉内高温环境会导致空气密度变化、声速波动，以及显著的声波吸收和散射。炉壁材料，如耐火砖、耐热合金等，因其多孔性、非均匀性以及高温下的热膨胀等特性，也会引起声波的反射、折射和衰减。这些因素共同作用，使得声波在从炉内传递到外部传感器时严重失真，给准确解读音频信号带来巨大挑战。现有技术中，炉内高温环境及炉壁材料对声音传播存在影响，可能导致音频信号在传播过程中发生衰减或失真。虽然音频传感器安装于外部，但仍需克服炉体对声波传递的不利影响，确保接收到的信号能够真实反映炉内化渣状态，因此，设计一种能够在线实时检测炉内化渣情况的音频化渣系统。
技术实现思路
1、本发明的目的在于提供一种能够在线实时检测炉内化渣情况的音频化渣系统，以解决上述背景技术中提出的炉内高温环境及炉壁材料对声音传播存在影响，可能导致音频信号在传播过程中发生衰减或失真的问题。
2、为实现上述目的，本发明目的在于提供了一种能够在线实时检测炉内化渣情况的音频化渣系统，包括：
3、数据采集单元：用于实时采集炉内音频信号和物理数据；
4、其中，数据采集单元包括音频采集传感器和物理数据采集模块；
5、传播分析单元：用于根据收集的炉内数据建立音频信号的声学传播模型，得到音频信号的衰减信息和失真信息；其中，在衰减信息中引入炉内气体成分及其浓度的影响进行优化，能够模拟声波在复杂炉内环境中的传播过程，使得衰减信息贴近实际情况，提升声学传播模型预测的准确性；
6、信号处理单元：用于根据音频信号的衰减信息和失真信息，对原始信号进行补偿和矫正处理；
7、分析诊断单元：用于将补偿和矫正后的音频信号与预设的阈值进行比对，判断当前化渣阶段是否正常。
8、作为本技术方案的进一步改进，所述数据采集单元中，
9、音频采集传感器用于实时采集炉内的音频信号；
10、物理数据采集模块用于收集炉内温度、结构和材料数据。
11、作为本技术方案的进一步改进，所述传播分析单元中衰减信息包括吸收衰减、散射衰减和扩散衰减，相位信息包括相位失真。
12、作为本技术方案的进一步改进，所述吸收衰减的表达式为：
13、
14、其中，为吸收衰减系数；为与频率f相关的基础吸收系数；为声波吸收过程中的激活能；玻尔兹曼常数；为炉内温度数据；为炉内材料密度；为炉内材料的声阻抗；
15、在吸收衰减系数中引入炉内气体成分及其浓度的影响进行优化，优化后的吸收衰减系数的表达式为：
16、
17、其中，为气体吸收系数；为第i种气体在特定频率处的基线吸收系数；为表示第i种气体在频率处的线宽；为声波频率；为第i种气体在吸收谱线上某个特定的最大吸收点的频率；为第i种气体的浓度；
18、
19、其中，为引入气体成分和浓度后的吸收衰减系数。
20、作为本技术方案的进一步改进，所述散射衰减的表达式为：
21、
22、其中，为散射衰减系数；为与散射体性质有关的基础散射系数；炉内散射体积；为炉膛总体积；为散射体数量；为散射因子；
23、在散射衰减系数的表达式中引入气固两相流散射的影响进行优化，优化后的散射衰减系数的表达式为：
24、
25、其中，为几何散射因子；为颗粒体积分数；为体积分数对散射衰减系数的经验系数；为基准颗粒尺寸；为平均颗粒尺寸；为颗粒尺寸对散射衰减系数的经验系数；
26、
27、其中，为颗粒粒径分布散射因子；为颗粒粒径分布的最小值；为颗粒粒径分布的最大值；为单个颗粒粒径的散射因子；为声波频率；为颗粒粒径分布函数；
28、
29、其中，为多普勒散射因子；为多普勒频移；为多普勒频移对散射衰减系数的经验系数；
30、
31、其中，为气固两相流散射系数；
32、
33、其中，为引入气固两相流散射系数后的散射衰减系数。
34、作为本技术方案的进一步改进，所述扩散衰减的表达式为：
35、
36、其中，为扩散衰减系数；为与炉膛形状和声波频率无关的基础扩散系数；为炉膛长度；为炉内气体的扩散系数；为声速；
37、在扩散衰减系数的表达式中引入声场非均匀性扩散的影响进行优化，优化后的扩散衰减系数的表达式为：
38、
39、其中，为声压梯度引起的非均匀性扩散系数；为空间位置x上的声压梯度敏感度系数；为声压梯度；为参考声压；为声压梯度对非均匀性扩散系数的经验系数；
40、
41、其中，为声速梯度引起的非均匀性扩散系数；为空间位置x上的声速梯度敏感度系数；为声速梯度；为参考声速；为声速梯度对非均匀性扩散系数的经验系数；
42、
43、其中，为声场非均匀性扩散系数；
44、
45、其中，为引入声场非均匀性扩散系数后的扩散衰减系数。
46、作为本技术方案的进一步改进，所述相位失真的表达式为：
47、
48、其中，为相位失真系数；为与声波波长相关的常数；为声波在炉内传播距离；为炉内声速；为声速差；
49、在相位失真系数的表达式中引入非线性相位失真的影响进行优化，优化后的相位失真系数的表达式为：
50、
51、其中，为声压幅值引起的非线性相位失真；为空间位置x上的声压幅值敏感度系数；为当前声压幅值；为参考声压幅值；为声压幅值对非线性相位失真的经验系数；
52、
53、其中，为声速非线性系数引起的非线性相位失真；为空间位置x上的声速非线性敏感度系数；为声速非线性系数；为声速非线性系数对非线性相位失真的经验系数；
54、
55、其中，为非线性相位失真系数；
56、
57、其中，为引入非线性相位失真系数后的相位失真系数。
58、作为本技术方案的进一步改进，所述传播分析单元中声学传播模型的表达式为：
59、
60、
61、其中，为传播信号的总衰减；为传播信号的总相位失真；为声波在炉内平均声速下的波长。
62、作为本技术方案的进一步改进，所述信号处理单元涉及的步骤如下：
63、s1：根据声学传播模型对衰减信息以及失真信息进行分析；
64、s2：对分析完成的信号进行增益调整、相位矫正以及频率均衡；
65、s3：采用评价指标评估音频信号的质量，根据评估的结果，对补偿和矫正参数进行微调。
66、作为本技术方案的进一步改进，所述分析诊断单元涉及的步骤如下：
67、s4：设定化渣各个阶段相对应的声音特征阈值；
68、s5：将处理后的音频信号与对应阶段的声音特征阈值进行对比；
69、s6：若超出阈值则根据异常等级设置相应的报警策略。
70、与现有技术相比，本发明的有益效果：
71、1、该能够在线实时检测炉内化渣情况的音频化渣系统中，在声学传播模型中引入炉内气体成分及其浓度的影响、气固两相流散射的影响、声场非均匀性扩散的影响以及非线性相位失真的影响，避免炉内高温环境及炉壁材料对声音传播存在影响而导致音频信号在传播过程中发生衰减或失真，能够更准确地描述声波在炉内复杂环境中的传播路径、衰减规律和变形机制，从而极大地提升了音频信号解析的精确性，提高了化渣状态监测的可靠性。
72、2、该能够在线实时检测炉内化渣情况的音频化渣系统中，建立音频信号的声学传播模型，能够更准确地解析和解释接收到的音频信号，减少由于环境因素忽略带来的误判和误差，从而提高对炉内化渣状态的在线实时监测准确性。
1.一种能够在线实时检测炉内化渣情况的音频化渣系统，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的能够在线实时检测炉内化渣情况的音频化渣系统，其特征在于，数据采集单元（1）中：
3.根据权利要求2所述的能够在线实时检测炉内化渣情况的音频化渣系统，其特征在于：传播分析单元（2）中衰减信息包括吸收衰减、散射衰减和扩散衰减，相位信息包括相位失真。
4.根据权利要求3所述的能够在线实时检测炉内化渣情况的音频化渣系统，其特征在于，吸收衰减的表达式为：
5.根据权利要求4所述的能够在线实时检测炉内化渣情况的音频化渣系统，其特征在于，散射衰减的表达式为：
6.根据权利要求5所述的能够在线实时检测炉内化渣情况的音频化渣系统，其特征在于，扩散衰减的表达式为：
7.根据权利要求6所述的能够在线实时检测炉内化渣情况的音频化渣系统，其特征在于，相位失真的表达式为：
8.根据权利要求7所述的能够在线实时检测炉内化渣情况的音频化渣系统，其特征在于，传播分析单元（2）中声学传播模型的表达式为：
9.根据权利要求8所述的能够在线实时检测炉内化渣情况的音频化渣系统，其特征在于，信号处理单元（3）涉及的步骤如下：
10.根据权利要求9所述的能够在线实时检测炉内化渣情况的音频化渣系统，其特征在于，分析诊断单元（4）涉及的步骤如下：
