專利名稱：顆粒速度的線性靜電傳感器陣列測量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
顆粒速度的線性靜電傳感器陣列測量裝置技術(shù)領(lǐng)域[0001]本實(shí)用新型屬于氣固兩相流測量技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種氣固兩相流顆粒平均 速度的線性靜電傳感器陣列測量裝置。
背景技術(shù)：
[0002]氣固兩相流系統(tǒng)廣泛存在于能源、化工、電力及冶金等工業(yè)領(lǐng)域。顆粒速度是 描述氣固兩相流動系統(tǒng)的一個(gè)重要參數(shù)，顆粒速度測量對于了解氣固流動特性以及生產(chǎn) 過程的計(jì)量、節(jié)能與控制具有重要意義。氣固流動系統(tǒng)中顆粒與顆粒、顆粒與氣體及顆 粒與管壁的相互碰撞、摩擦及分離，導(dǎo)致顆粒產(chǎn)生荷電現(xiàn)象。近些年來，人們利用顆粒 荷電研究開發(fā)了靜電相關(guān)法顆粒速度測速儀，其在重復(fù)性、可靠性和低成本等方面均優(yōu) 于電容、光學(xué)等其他互相關(guān)測速裝置。但靜電相關(guān)法速度測量時(shí)，渡越時(shí)間統(tǒng)計(jì)誤差與 傳感器輸出信號頻帶寬度的三次方成反比，低速測量時(shí)，靜電傳感器輸出信號頻帶范圍 較窄，因此導(dǎo)致低速測量相關(guān)速度測量渡越時(shí)間估計(jì)誤差較大，速度測量準(zhǔn)確度降低。 由于靜電傳感器的敏感電極具有一定的幾何形狀和尺寸，用靜電傳感器的“敏感窗口 “檢測流體的流動狀況時(shí)，敏感電極對靜電流噪聲將以特定空間權(quán)函數(shù)進(jìn)行加權(quán)平均。基于單環(huán)靜電傳感器的空間濾波效應(yīng)的顆粒速度測量方法具有結(jié)構(gòu)簡單、硬件成本低、 適合于惡劣的工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境等特點(diǎn)。但單個(gè)環(huán)狀靜電傳感器輸出信號頻帶范圍較寬，降 低了空間濾波器的空間選擇性，在功率譜特性曲線上，表現(xiàn)為各點(diǎn)離散程度較大，波峰 不明顯，信噪比較低，影響了速度測量的準(zhǔn)確性。實(shí)用新型內(nèi)容[0003]為了克服現(xiàn)有靜電相關(guān)法和單環(huán)靜電感應(yīng)空間濾波法速度測量的不足，本實(shí)用 新型提出了一種顆粒速度的線性靜電傳感器陣列測量裝置，本實(shí)用新型能夠提高靜電感 應(yīng)空間濾波器的選擇性，降低速度信號中心頻率測量的不確定性，提高了顆粒速度測量 的準(zhǔn)確性。[0004]本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案[0005]一種顆粒速度的線性靜電傳感器陣列測量裝置，包括測量探頭、前置電荷差 分放大電路、數(shù)據(jù)采集卡及計(jì)算機(jī)，前置電荷差分放大電路的輸出端與數(shù)據(jù)采集卡輸入 端連接，數(shù)據(jù)采集卡的輸出端與計(jì)算機(jī)的輸入端連接并由計(jì)算機(jī)對數(shù)據(jù)采集卡的輸出信 號進(jìn)行頻譜分析并確定頻譜上的峰值頻率，進(jìn)而計(jì)算獲得氣固兩相流顆粒平均速度，所 述測量探頭包括絕緣測量管道，在絕緣測量管道上設(shè)有的第一靜電傳感器陣列及第二 靜電傳感器陣列，在絕緣測量管道、第一靜電傳感器陣列及第二靜電傳感器陣列外部設(shè) 有金屬屏蔽罩。[0006]所述第一靜電傳感器陣列至少包括第11環(huán)形靜電傳感器、第12環(huán)形靜電傳感 器、第13環(huán)形靜電傳感器、第14環(huán)形靜電傳感器、第15環(huán)形靜電傳感器，并且第一靜 電傳感器陣列中相鄰的環(huán)形靜電傳感器之間的軸向間距ρ相等，第一靜電傳感器陣列中的各個(gè)環(huán)形靜電傳感器由第一靜電傳感器陣列導(dǎo)線連接，所述第二靜電傳感器陣列至少 包括第21環(huán)形靜電傳感器、第22環(huán)形靜電傳感器、第23環(huán)形靜電傳感器、第對環(huán)形靜 電傳感器、第25環(huán)形靜電傳感器，第二靜電傳感器陣列中的各個(gè)環(huán)形靜電傳感器由第二 靜電傳感器陣列導(dǎo)線連接，第21環(huán)形靜電傳感器設(shè)在第11環(huán)形靜電傳感器與第12環(huán)形 靜電傳感器之間且第21環(huán)形靜電傳感器至第11環(huán)形靜電傳感器之間的軸向距離等于第21 環(huán)形靜電傳感器至第12環(huán)形靜電傳感器之間的軸向距離，第22環(huán)形靜電傳感器設(shè)在第12 環(huán)形靜電傳感器與第13環(huán)形靜電傳感器之間且第22環(huán)形靜電傳感器至第12環(huán)形靜電傳 感器之間的軸向距離等于第22環(huán)形靜電傳感器至第13環(huán)形靜電傳感器之間的軸向距離， 第23環(huán)形靜電傳感器設(shè)在第13環(huán)形靜電傳感器與第14環(huán)形靜電傳感器之間且第23環(huán)形 靜電傳感器至第13環(huán)形靜電傳感器之間的軸向距離等于第23環(huán)形靜電傳感器至第14環(huán) 形靜電傳感器之間的軸向距離，第M環(huán)形靜電傳感器設(shè)在第14環(huán)形靜電傳感器與第15 環(huán)形靜電傳感器之間且第M環(huán)形靜電傳感器至第14環(huán)形靜電傳感器之間的軸向距離等于 第M環(huán)形靜電傳感器至第15環(huán)形靜電傳感器之間的軸向距離，第25環(huán)形靜電傳感器與 第15環(huán)形靜電傳感器之間的距離為第一靜電傳感器陣列中相鄰的環(huán)形靜電傳感器之間的 軸向間距ρ的二分之一。[0007]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有如下優(yōu)點(diǎn)[0008]1)相比于單環(huán)靜電感應(yīng)空間濾波器，本實(shí)用新型利用雙靜電傳感器陣列結(jié)合差 分放大電路，提高了靜電感應(yīng)空間濾波器的選擇性，降低了速度信號中心頻率測量的不 確定性。[0009]2)由于兩個(gè)線性靜電傳感器陣列的位置相差電極間距的一半，帶電顆粒經(jīng)過兩個(gè) 線性靜電傳感器陣列時(shí)，產(chǎn)生相位差為η的兩個(gè)輸出信號，兩信號差分消除了單個(gè)靜電傳 感器陣列輸出信號中直流成分導(dǎo)致中心頻率偏斜問題，提高了顆粒速度測量的準(zhǔn)確性。[0010]3)線性靜電傳感器陣列在結(jié)構(gòu)上對流體的流動狀況無影響，屬于非接觸式測量 方法，具有結(jié)構(gòu)簡單，信號處理方便，價(jià)格低廉燈等特點(diǎn)，適合于惡劣的工業(yè)氣力輸送 和氣固兩相流系統(tǒng)中應(yīng)用。


[0011]圖1是線性靜電傳感器陣列顆粒速度測量裝置的示意圖，其中，1-測量探頭； 2-前置電荷差分放大電路；3-數(shù)據(jù)采集卡；4-計(jì)算機(jī)。[0012]圖2是本實(shí)用新型線性靜電傳感器陣列探頭結(jié)構(gòu)簡圖，其中，5-第一靜電傳感 器陣列；6-第二靜電傳感器陣列；7-第二靜電傳感器陣列導(dǎo)線；8-第一靜電傳感器陣 列導(dǎo)線；9-金屬屏蔽罩；10-絕緣測量管道。[0013]圖3是線性靜電傳感器陣列前置電荷差分放大電路圖，其中，11-第一輸入端； 12-第二輸入端；13-輸出端。[0014]圖4是單環(huán)靜電傳感器輸出信號的功率譜。[0015]圖5是線性靜電傳感器陣列輸出信號的功率譜。
具體實(shí)施方式
[0016]一種顆粒速度的線性靜電傳感器陣列測量裝置，包括測量探頭1、前置電荷差分放大電路2、數(shù)據(jù)采集卡3及計(jì)算機(jī)4，前置電荷差分放大電路2的輸出端與數(shù)據(jù)采 集卡3輸入端連接，數(shù)據(jù)采集卡3的輸出端與計(jì)算機(jī)4的輸入端連接并由計(jì)算機(jī)4對數(shù)據(jù) 采集卡的輸出信號進(jìn)行頻譜分析并確定頻譜上的峰值頻率，進(jìn)而計(jì)算獲得氣固兩相流顆 粒平均速度，所述測量探頭1包括絕緣測量管道10，在絕緣測量管道10上設(shè)有的第一 靜電傳感器陣列5及第二靜電傳感器陣列6，在絕緣測量管道10、第一靜電傳感器陣列5 及第二靜電傳感器陣列6外部設(shè)有金屬屏蔽罩9。所述第一靜電傳感器陣列5至少包括第11環(huán)形靜電傳感器、第12環(huán)形靜電傳感 器、第13環(huán)形靜電傳感器、第14環(huán)形靜電傳感器、第15環(huán)形靜電傳感器，并且第一靜 電傳感器陣列5中相鄰的環(huán)形靜電傳感器之間的軸向間距ρ相等，第一靜電傳感器陣列5 中的各個(gè)環(huán)形靜電傳感器由第一靜電傳感器陣列導(dǎo)線8連接，所述第二靜電傳感器陣列6 至少包括第21環(huán)形靜電傳感器、第22環(huán)形靜電傳感器、第23環(huán)形靜電傳感器、第24環(huán) 形靜電傳感器、第25環(huán)形靜電傳感器，第二靜電傳感器陣列6中的各個(gè)環(huán)形靜電傳感器 由第二靜電傳感器陣列導(dǎo)線7連接，第21環(huán)形靜電傳感器設(shè)在第11環(huán)形靜電傳感器與第 12環(huán)形靜電傳感器之間且第21環(huán)形靜電傳感器至第11環(huán)形靜電傳感器之間的軸向距離等 于第21環(huán)形靜電傳感器至第12環(huán)形靜電傳感器之間的軸向距離，第22環(huán)形靜電傳感器 設(shè)在第12環(huán)形靜電傳感器與第13環(huán)形靜電傳感器之間且第22環(huán)形靜電傳感器至第12環(huán) 形靜電傳感器之間的軸向距離等于第22環(huán)形靜電傳感器至第13環(huán)形靜電傳感器之間的軸 向距離，第23環(huán)形靜電傳感器設(shè)在第13環(huán)形靜電傳感器與第14環(huán)形靜電傳感器之間且 第23環(huán)形靜電傳感器至第13環(huán)形靜電傳感器之間的軸向距離等于第23環(huán)形靜電傳感器 至第14環(huán)形靜電傳感器之間的軸向距離，第24環(huán)形靜電傳感器設(shè)在第14環(huán)形靜電傳感 器與第15環(huán)形靜電傳感器之間且第24環(huán)形靜電傳感器至第14環(huán)形靜電傳感器之間的軸 向距離等于第24環(huán)形靜電傳感器至第15環(huán)形靜電傳感器之間的軸向距離，第25環(huán)形靜 電傳感器與第15環(huán)形靜電傳感器之間的距離為第一靜電傳感器陣列5中相鄰的環(huán)形靜電 傳感器之間的軸向間距ρ的二分之一。本實(shí)用新型是基于氣固兩相管流顆粒速度的線性靜電傳感器陣列測量方法來設(shè) 計(jì)的測量裝置1)兩組具有相同結(jié)構(gòu)和尺度的環(huán)狀靜電傳感器陣列安裝在絕緣管道外壁上，產(chǎn) 生兩組反映氣固兩相流流動信息的靜電感應(yīng)信號，兩組信號分別接入前置電荷差分放大 電路兩端進(jìn)行差分放大后，由數(shù)據(jù)采集電路送入計(jì)算機(jī)。2)對采集到的差分靜電信號e (η)進(jìn)行傅立葉變換處理得到En (k)，然后再取其 幅值的平方，并除以靜電信號離散數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)長度N，作為序列e(η)的功率譜P(k)的估 計(jì)，則:
權(quán)利要求1. 一種顆粒速度的線性靜電傳感器陣列測量裝置，包括測量探頭(1)、前置電荷差 分放大電路(2)、數(shù)據(jù)采集卡(3)及計(jì)算機(jī)(4)，前置電荷差分放大電路(2)的輸出端與 數(shù)據(jù)采集卡(3)輸入端連接，數(shù)據(jù)采集卡(3)的輸出端與計(jì)算機(jī)(4)相連接并由計(jì)算機(jī) (4)對數(shù)據(jù)采集卡(3)的輸出信號進(jìn)行頻譜分析并確定頻譜上的峰值頻率，進(jìn)而計(jì)算獲得 氣固兩相流顆粒平均速度，其特征在于，所述測量探頭(1)包括絕緣測量管道(10)， 在絕緣測量管道(10)上設(shè)有第一靜電傳感器陣列(5)及第二靜電傳感器陣列(6)，在絕緣 測量管道(10)、第一靜電傳感器陣列(5)及第二靜電傳感器陣列(6)的外部設(shè)有金屬屏 蔽罩(9)，所述第一靜電傳感器陣列(5)至少包括第11環(huán)形靜電傳感器、第12環(huán)形靜電 傳感器、第13環(huán)形靜電傳感器、第14環(huán)形靜電傳感器、第15環(huán)形靜電傳感器，并且第 一靜電傳感器陣列(5)中相鄰的環(huán)形靜電傳感器之間的軸向間距ρ相等，第一靜電傳感器 陣列(5)中的各個(gè)環(huán)形靜電傳感器由第一靜電傳感器陣列導(dǎo)線(8)連接，所述第二靜電傳 感器陣列(6)至少包括第21環(huán)形靜電傳感器、第22環(huán)形靜電傳感器、第23環(huán)形靜電傳 感器、第24環(huán)形靜電傳感器、第25環(huán)形靜電傳感器，第二靜電傳感器陣列(6)中的各個(gè) 環(huán)形靜電傳感器由第二靜電傳感器陣列導(dǎo)線(7)連接，第21環(huán)形靜電傳感器設(shè)在第11環(huán) 形靜電傳感器與第12環(huán)形靜電傳感器之間且第21環(huán)形靜電傳感器至第11環(huán)形靜電傳感 器之間的軸向距離等于第21環(huán)形靜電傳感器至第12環(huán)形靜電傳感器之間的軸向距離，第 22環(huán)形靜電傳感器設(shè)在第12環(huán)形靜電傳感器與第13環(huán)形靜電傳感器之間且第22環(huán)形靜 電傳感器至第12環(huán)形靜電傳感器之間的軸向距離等于第22環(huán)形靜電傳感器至第13環(huán)形 靜電傳感器之間的軸向距離，第23環(huán)形靜電傳感器設(shè)在第13環(huán)形靜電傳感器與第14環(huán) 形靜電傳感器之間且第23環(huán)形靜電傳感器至第13環(huán)形靜電傳感器之間的軸向距離等于第 23環(huán)形靜電傳感器至第14環(huán)形靜電傳感器之間的軸向距離，第24環(huán)形靜電傳感器設(shè)在 第14環(huán)形靜電傳感器與第15環(huán)形靜電傳感器之間且第24環(huán)形靜電傳感器至第14環(huán)形靜 電傳感器之間的軸向距離等于第24環(huán)形靜電傳感器至第15環(huán)形靜電傳感器之間的軸向距 離，第25環(huán)形靜電傳感器與第15環(huán)形靜電傳感器之間的距離為第一靜電傳感器陣列(5) 中相鄰的環(huán)形靜電傳感器之間的軸向間距ρ的二分之一。
專利摘要一種氣固兩相流顆粒速度的線性靜電傳感器陣列測量裝置，包括測量探頭、前置電荷差分放大電路、數(shù)據(jù)采集卡及計(jì)算機(jī)，前置電荷差分放大電路的輸入端分別與測量探頭內(nèi)的第一靜電傳感器陣列及第二靜電傳感器陣列，前置電荷差分放大電路的輸出端與數(shù)據(jù)采集卡輸入端連接，數(shù)據(jù)采集卡的輸出端與計(jì)算機(jī)相連接并由計(jì)算機(jī)對數(shù)據(jù)采集卡的輸出信號進(jìn)行頻譜分析并確定頻譜上的峰值頻率，進(jìn)而計(jì)算獲得氣固兩相流顆粒平均速度。測量探頭包括絕緣測量管道，在絕緣測量管道上設(shè)有第一靜電傳感器陣列及第二靜電傳感器陣列，在絕緣測量管道、第一靜電傳感器陣列及第二靜電傳感器陣列的外部設(shè)有金屬屏蔽罩。
文檔編號G01P5/08GK201804020SQ20102020690
公開日2011年4月20日 申請日期2010年5月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月28日
發(fā)明者付飛飛, 李健, 王式民, 許傳龍, 高鶴明 申請人:東南大學(xué)