本發(fā)明屬于傳感器檢測及數(shù)字信號處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于靜電法的氣固兩相流細(xì)度測量裝置，還涉及采用上述測量裝置進(jìn)行測量的方法。

背景技術(shù)：

在許多涉及氣固兩相流的工業(yè)領(lǐng)域中，固體顆粒的細(xì)度會對產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)效率等產(chǎn)生重大影響，例如水泥細(xì)度對水泥產(chǎn)量的影響，煤粉細(xì)度對火力發(fā)電的燃燒效率的影響等。目前，常用的細(xì)度測量方法為篩選法和光學(xué)法。篩選法測量結(jié)果準(zhǔn)確，但是主要依靠篩析儀對事先準(zhǔn)備好的物料進(jìn)行測量，不具有實(shí)時(shí)監(jiān)控的功能；光學(xué)法可以實(shí)時(shí)地對正在運(yùn)動中的兩相流進(jìn)行細(xì)度測量，但是存在精度低，設(shè)備昂貴復(fù)雜的弊端。

靜電法是近年來不少學(xué)者在研究的用于測量氣固兩相流參數(shù)的方法。氣固兩項(xiàng)流中的固體顆粒都附著的靜電，通過靜電傳感器可以將顆粒上附著的電荷導(dǎo)出，通過放大濾波等信號處理電路和AD轉(zhuǎn)換將靜電信號轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)可處理的數(shù)字信號，經(jīng)由數(shù)字信號處理算法獲得一些需要的氣固兩相流參數(shù)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種基于靜電法的氣固兩相流細(xì)度測量裝置，解決了現(xiàn)有細(xì)度測量不能實(shí)時(shí)監(jiān)控及精度低的問題。

本發(fā)明的目的還提供采用上述測量裝置進(jìn)行測量的方法。

本發(fā)明所采用的第一種技術(shù)方案是，一種基于靜電法的氣固兩相流細(xì)度測量裝置，包括用于氣固兩相流流經(jīng)的管道，管道的管壁上安裝有上游靜電傳感器和下游靜電傳感器，上游靜電傳感器和下游靜電傳感器的一端均穿入管道內(nèi)，上游靜電傳感器和下游靜電傳感器的另一端均與放大濾波電路連接，放大濾波電路依次連接有A/D轉(zhuǎn)換模塊、細(xì)度處理單元。

本發(fā)明的第一種技術(shù)方案的特點(diǎn)還在于：

上游靜電傳感器和下游靜電傳感器之間的間距不大于10cm。

本發(fā)明所采用的第二種技術(shù)方案是，一種基于靜電法的氣固兩相流細(xì)度測量方法，具體按照以下步驟實(shí)施：

步驟1：計(jì)算靜電信號的功率譜密度函數(shù)；

步驟2：根據(jù)步驟1得到的功率譜密度函數(shù)計(jì)算細(xì)度標(biāo)量；

步驟3：根據(jù)步驟2得到的細(xì)度標(biāo)量對不同細(xì)度進(jìn)行標(biāo)定；

步驟4：細(xì)度測量。

本發(fā)明所采用的第二種技術(shù)方案的特點(diǎn)還在于：

步驟1具體為：

設(shè)細(xì)度為m_k的顆粒從管道上方落下，采集上游靜電傳感器和下游靜電傳感器得到的靜電信號，從上游靜電傳感器和下游靜電傳感器各采集n個(gè)電壓數(shù)據(jù)，組成上游電壓信號列和下游電壓信號將和進(jìn)行快速傅里葉變換得到新的復(fù)數(shù)序列和取的共軛復(fù)數(shù)將和相同下標(biāo)i的元素相乘得序列

$R^{m_k}\left(i\right)={{\stackrel{\‾}{V}}_1}^{m_k}\left(i\right)\·{V_2}^{m_k}\left(i\right)$

為該氣固兩相流靜電信號功率譜密度函數(shù)。

n的值為2的整數(shù)冪。

步驟2具體為：

對序列中的元素取模再求和得細(xì)度m_k所對應(yīng)的細(xì)度標(biāo)量f(m_k,n)：

$f(m_k,n)=\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}\left|R^{m_k}\left(i\right)\right|.$

步驟3具體為：

分別計(jì)算細(xì)度為m₀,m₁,m₂,...的顆粒所對應(yīng)的細(xì)度標(biāo)量，構(gòu)成序列f(m₁,n)，f(m₂,n)，f(m₃,n)，…，細(xì)度標(biāo)量f(m₁,n)，f(m₂,n)，f(m₃,n)，…和細(xì)度m₀,m₁,m₂,...之間存在著單調(diào)關(guān)系，對細(xì)度標(biāo)量f(m₁,n)，f(m₂,n)，f(m₃,n)，…進(jìn)行三次樣條插值，得到插值后的細(xì)度標(biāo)量g(p₁,n)，g(p₂,n)，g(p₃,n)，…和插值后的細(xì)度p₁，p₂，p₃，…，(p_i,g(p_i,n))為插值點(diǎn)。

步驟4具體為：

按照步驟2所示方法得到待測顆粒的細(xì)度標(biāo)量x，將x和步驟3中得到的g(p_i,n)進(jìn)行比對，找出最接近x的g(p_x,n)，g(p_x,n)對應(yīng)的p_x就是待測顆粒的細(xì)度測量值。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明一種基于靜電法的氣固兩相流細(xì)度測量裝置，硬件結(jié)構(gòu)簡單成本低，測量方法簡單，并且可以在氣固兩相流流動時(shí)進(jìn)行實(shí)時(shí)測量，以及測量精度高。

附圖說明

圖1是本發(fā)明一種基于靜電法的氣固兩相流細(xì)度測量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明一種基于靜電法的氣固兩相流細(xì)度測量方法中計(jì)算細(xì)度標(biāo)量的流程圖。

圖中，1.上游靜電傳感器，2.放大濾波電路，3.A/D轉(zhuǎn)換模塊，4.細(xì)度處理單元，5.管道，6.下游靜電傳感器。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。

本發(fā)明一種基于靜電法的氣固兩相流細(xì)度測量裝置，結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括用于氣固兩相流流經(jīng)的管道5，管道5的管壁上安裝有上游靜電傳感器1和下游靜電傳感器6，上游靜電傳感器1和下游靜電傳感器6之間的間距不大于10cm，這樣可以保證上游靜電傳感器1和下游靜電傳感器6之間的信號具有良好的相關(guān)性，上游靜電傳感器1和下游靜電傳感器6的一端均穿入管道5內(nèi)，上游靜電傳感器1和下游靜電傳感器6的另一端均與放大濾波電路2連接，放大濾波電路2依次連接有A/D轉(zhuǎn)換模塊3、細(xì)度處理單元4。

氣固兩相流從管道5上方開始向下流動，流經(jīng)上游靜電傳感器1和下游靜電傳感器6時(shí)，上游靜電傳感器1和下游靜電傳感器6可采集到靜電信號。

放大濾波電路2，將上游靜電傳感器1和下游靜電傳感器6采集的電信號轉(zhuǎn)換為A/D轉(zhuǎn)換模塊3可采集的標(biāo)準(zhǔn)電壓信號，一般為0～3V的電壓信號，上游靜電傳感器1和下游靜電傳感器6采集到的電荷量越多，電路輸出的電壓的幅度波動越大。

本發(fā)明一種基于靜電法的氣固兩相流細(xì)度測量方法，具體按照以下步驟實(shí)施：

步驟1：計(jì)算靜電信號的功率譜密度函數(shù)

設(shè)細(xì)度為m_k的顆粒從管道5上方落下，采集上游靜電傳感器1和下游靜電傳感器6得到的靜電信號，從上游靜電傳感器1和下游靜電傳感器6各采集n個(gè)電壓數(shù)據(jù)，組成上游電壓信號列和下游電壓信號i＝0,1,2,...,n，為滿足快速傅里葉變化的運(yùn)算條件，n的值為2的整數(shù)冪，n越大越能反應(yīng)出信號的特征。將和進(jìn)行快速傅里葉變換(FFT)得到新的復(fù)數(shù)序列和取的共軛復(fù)數(shù)將和相同下標(biāo)i的元素相乘得序列

$R^{m_k}\left(i\right)={{\stackrel{\‾}{V}}_1}^{m_k}\left(i\right)\·{V_2}^{m_k}\left(i\right)$

即為該氣固兩相流靜電信號功率譜密度函數(shù)。

步驟2：根據(jù)步驟1得到的功率譜密度函數(shù)計(jì)算細(xì)度標(biāo)量

對序列中的元素取模再求和得細(xì)度m_k所對應(yīng)的細(xì)度標(biāo)量f(m_k,n)：

$f(m_k,n)=\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}\left|R^{m_k}\left(i\right)\right|.$

利用功率譜密度函數(shù)計(jì)算細(xì)度標(biāo)量的流程圖如圖2所示。

步驟3：根據(jù)步驟2得到的細(xì)度標(biāo)量對不同細(xì)度進(jìn)行標(biāo)定

分別計(jì)算細(xì)度為m₀,m₁,m₂,...的顆粒所對應(yīng)的細(xì)度標(biāo)量，構(gòu)成序列f(m₁,n)，f(m₂,n)，f(m₃,n)，…，細(xì)度標(biāo)量f(m₁,n)，f(m₂,n)，f(m₃,n)，…和細(xì)度m₀,m₁,m₂,...之間存在著單調(diào)關(guān)系，對細(xì)度標(biāo)量f(m₁,n)，f(m₂,n)，f(m₃,n)，…進(jìn)行三次樣條插值，得到插值后的細(xì)度標(biāo)量g(p₁,n)，g(p₂,n)，g(p₃,n)，…和插值后的細(xì)度p₁，p₂，p₃，…，(p_i,g(p_i,n))為插值點(diǎn)，插值點(diǎn)(p_i,g(p_i,n))的數(shù)量越多，測量精度越高。

其中，細(xì)度標(biāo)量f(m₁,n)，f(m₂,n)，f(m₃,n)，…應(yīng)采取多次測量求平均值的方法確定，以減少隨機(jī)誤差的影響。

步驟4：細(xì)度測量

在對未知細(xì)度的顆粒進(jìn)行測量時(shí)，按照步驟2所示方法得到待測顆粒的細(xì)度標(biāo)量x，將x和步驟3中得到的g(p_i,n)進(jìn)行比對，找出最接近x的g(p_x,n)，g(p_x,n)對應(yīng)的p_x就是待測顆粒的細(xì)度測量值。