本實(shí)用新型屬于自動(dòng)化檢測(cè)裝置技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種靜電感應(yīng)傳感器。

背景技術(shù)：

氣固兩相流廣泛的存在于自然界和工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，例如，自然界的大漠揚(yáng)沙、沙塵暴的橫行、冰雹交浸，以及空中灰塵彌散、污染源的顆粒污染物排放等都是與人類(lèi)生活環(huán)境有關(guān)的氣固兩相流現(xiàn)象。在電力、建材、冶金、化工、環(huán)衛(wèi)、醫(yī)藥和糧食加工等很多工業(yè)生產(chǎn)中，應(yīng)用管道氣力輸送工藝來(lái)傳送煤粉、水泥、礦石、鹽類(lèi)以及面粉等都是屬于典型的氣固兩相流流動(dòng)。隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，對(duì)過(guò)程參數(shù)的檢測(cè)及控制要求越來(lái)越高，氣固兩相流參數(shù)的準(zhǔn)確測(cè)量對(duì)于許多生產(chǎn)部門(mén)包括能源、化工、環(huán)境、氣象、冶金、食品等都有著十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。因此，研制一種適于氣固兩相流濃度、流速及飛灰含碳量傳感器勢(shì)在必行。

到目前為止，許多大型工業(yè)為了節(jié)約能源，優(yōu)化鍋爐燃燒系統(tǒng)采用了許多新型的檢測(cè)技術(shù)。由于粉塵顆粒非常微細(xì)，顆粒帶電也很微弱，對(duì)管道中顆粒的流速、濃度及飛灰含碳量的檢測(cè)對(duì)于傳統(tǒng)的檢測(cè)方法有了很大的挑戰(zhàn)。因而對(duì)氣/固兩相流參數(shù)測(cè)量的困難性和工業(yè)需求的迫切性也一直吸引和激勵(lì)著眾多研究學(xué)者，已成為國(guó)內(nèi)外給予極大關(guān)注的前沿學(xué)科。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的是提供一種靜電感應(yīng)傳感器，解決了現(xiàn)有技術(shù)測(cè)量管道顆粒速度、濃度不準(zhǔn)確的問(wèn)題。

本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案是，一種靜電感應(yīng)傳感器，包括兩個(gè)電極，每個(gè)電極的外部均套接有屏蔽層，兩個(gè)電極均通過(guò)電荷信號(hào)輸出端子與信號(hào)處理單元連接，兩個(gè)信號(hào)處理單元均連接有信號(hào)輸出線，信號(hào)處理單元的外部設(shè)置有屏蔽殼，信號(hào)輸出線伸出屏蔽殼外部。

本實(shí)用新型的特點(diǎn)還在于：

信號(hào)處理單元包括DSP處理單元，DSP處理單元上分別連接有放大濾波電路、電源模塊、SD模塊、液晶模塊、晶振，電源模塊還分別與放大濾波電路、SD模塊連接，放大濾波電路與電極連接。

放大濾波電路包括依次連接的電荷轉(zhuǎn)換模塊、電壓跟隨及放大模塊、帶通濾波模塊、二級(jí)放大電路模塊、工頻濾波模塊。

本實(shí)用新型的有益效果是：本實(shí)用新型一種靜電感應(yīng)傳感器直接跨接在粉塵管道上，因此，對(duì)流體的流動(dòng)狀況無(wú)影響，不會(huì)造成管道內(nèi)壓力的額外損失，屬于非接觸式或非介入式測(cè)量；且本實(shí)用新型一種靜電感應(yīng)傳感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊，易于實(shí)現(xiàn)電氣屏蔽，抗機(jī)械振動(dòng)干擾能力強(qiáng)，而且價(jià)格也低廉；本實(shí)用新型靜電感應(yīng)傳感器的穩(wěn)定性較高，靈敏度高，測(cè)量范圍較寬，測(cè)量管道顆粒速度、濃度準(zhǔn)確度高，適用于稀相條件下，顆粒濃度，管道尺寸等。

附圖說(shuō)明

圖1是本實(shí)用新型一種靜電感應(yīng)傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本實(shí)用新型一種靜電感應(yīng)傳感器的使用狀態(tài)圖；

圖3是本實(shí)用新型一種靜電感應(yīng)傳感器中信號(hào)處理單元的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是本實(shí)用新型一種靜電感應(yīng)傳感器中放大濾波電路的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中，1.電極，2.電荷信號(hào)輸出端子，3.信號(hào)處理單元，4.信號(hào)輸出線，5.屏蔽殼，6.屏蔽層，7.粉塵管道，8.屏蔽外殼，9.DSP處理單元， 10.放大濾波電路，11.電源模塊，12.SD模塊，13.液晶模塊，14.晶振， 15.電荷轉(zhuǎn)換模塊，16.電壓跟隨及放大模塊，17.帶通濾波模塊，18.二級(jí)放大電路模塊，19.工頻濾波模塊。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。

本實(shí)用新型一種靜電感應(yīng)傳感器，如圖1、2所示，包括兩個(gè)電極1，電極1主要用來(lái)對(duì)靜電信號(hào)的感應(yīng)；每個(gè)電極1的外部均套接有屏蔽層6，屏蔽層6主要是屏蔽外界干擾信號(hào)，并接地；兩個(gè)電極1均通過(guò)電荷信號(hào)輸出端子2與信號(hào)處理單元3連接，兩個(gè)信號(hào)處理單元3均連接有信號(hào)輸出線4，信號(hào)處理單元3的外部設(shè)置有屏蔽殼5，屏蔽殼5主要防止外界信號(hào)的干擾和電荷在感應(yīng)過(guò)程中發(fā)生泄露；信號(hào)輸出線4伸出屏蔽殼5外部。

使用時(shí)，靜電感應(yīng)傳感器的兩個(gè)電極1相互平行且緊貼粉塵管道7安裝，根據(jù)粉塵管道7的粗細(xì)不同，選擇靜電感應(yīng)傳感器的電極1的寬度也是是不一樣，為使靜電感應(yīng)傳感器輸出比較寬的噪聲信號(hào)帶寬，應(yīng)盡量減小電極1 的軸向?qū)挾?，但同時(shí)又要考慮電極1的靈敏度，寬度不應(yīng)太窄，合理的選取電極1寬度與粉塵管道7直徑的比值。靜電感應(yīng)傳感器的電極1寬度為粉塵管道7直徑的1/10時(shí)靈敏度是比較高的。靜電感應(yīng)傳感器的電極1在空間上相當(dāng)于一個(gè)低通濾波器，只有空間上的低頻信號(hào)才能通過(guò)。在安裝兩個(gè)電極 1時(shí)它們之間要有一定的距離L，大概介于5cm-8cm之間。且要在每個(gè)電極 1外部裝屏蔽層6，以免外界電荷、磁場(chǎng)及其他電信號(hào)的干擾，在兩個(gè)電極的外部裝屏蔽外殼8，主要防止外界信號(hào)的干擾和電荷在感應(yīng)過(guò)程中發(fā)生泄露。

在實(shí)際應(yīng)用中，由于靜電感應(yīng)傳感器的電極1具有泄漏電阻大、電荷信號(hào)微弱的特點(diǎn)。與插入式傳感器存在著相同的問(wèn)題，即具有高內(nèi)阻和小功率的問(wèn)題，一般不能直接顯示、記錄和使用。同時(shí)電荷帶電量較小不容易進(jìn)行放大，而測(cè)量過(guò)程中很容易出現(xiàn)電荷泄漏。靜電感應(yīng)傳感器中極小的電荷泄露也會(huì)造成很大的誤差。因此我們將電荷信號(hào)通過(guò)信號(hào)處理單元3進(jìn)行處理。

其中，如圖3所示，信號(hào)處理單元3包括DSP處理單元9，DSP處理單元9上分別連接有放大濾波電路10、電源模塊11、SD模塊12、液晶模塊 13(顯示數(shù)據(jù)信息)、晶振14，電源模塊11還分別與放大濾波電路10、SD 模塊12連接，放大濾波電路10與電極1連接。

由于放大的信號(hào)是模擬量不是數(shù)字量，不能對(duì)其進(jìn)行直接的理論分析，所以需要用單片機(jī)的AD模塊對(duì)此放大信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和存儲(chǔ)。我們所采用的DSP處理單元9是TMS320F28335。它的AD模塊等級(jí)多(8位、10位、 12位)，在實(shí)際使用時(shí)采集精度高，運(yùn)行速度快，它還附帶SD模塊12，可插入SD卡進(jìn)行數(shù)據(jù)儲(chǔ)存，使我們采集到的數(shù)據(jù)直接以.txt形式直接保存至 SD卡以備后續(xù)數(shù)據(jù)處理時(shí)使用。

如圖4所示，放大濾波電路10包括依次連接的電荷轉(zhuǎn)換模塊15、電壓跟隨及放大模塊16、帶通濾波模塊17、二級(jí)放大電路模塊18、工頻濾波模塊19。放大濾波電路10將采集到的電荷Q經(jīng)過(guò)R1及電荷轉(zhuǎn)換模塊15組成的電荷轉(zhuǎn)換電路，將電荷信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?hào)；電阻R2的兩端分別與電荷轉(zhuǎn)換模塊15、電壓跟隨及放大模塊16連接，信號(hào)經(jīng)過(guò)R2及電壓跟隨及放大模塊16組成的電壓跟隨及初級(jí)放大電路，提高信號(hào)的輸入阻抗和信號(hào)的帶載能力，而R2主要是提高電路的輸入阻抗，增強(qiáng)微弱信號(hào)的抗干擾能力，增強(qiáng)信噪比。然而弱信號(hào)中有很大的噪聲，所以將電壓跟隨及放大模塊16 與C1左端連接，帶通濾波模塊17與C1右端連接，信號(hào)經(jīng)過(guò)C1、R3、帶通濾波模塊17組成的1HZ—1KHZ直流耦合帶通有源濾波器，濾除我們所需范圍信號(hào)的其它干擾信號(hào)。而C1主要起隔直流的信號(hào)的作用，由于在信號(hào)采集及放大過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生直流信號(hào)，對(duì)電路的后續(xù)放大會(huì)有很大的影響，同時(shí)C1與R3構(gòu)成了低通濾波器。C2左端與帶通濾波模塊17連接，右端與二級(jí)放大電路模塊18連接。當(dāng)信號(hào)傳輸?shù)蕉?jí)放大電路模塊18(由可編程芯片PGA202和PGA203級(jí)聯(lián)組成1-8000倍的自適應(yīng)調(diào)節(jié)放大倍數(shù)進(jìn)行二級(jí)放大)可編程放大電路時(shí)，可根據(jù)實(shí)際的需要實(shí)時(shí)的放大相應(yīng)的信號(hào)。然而二級(jí)放大電路模塊18利用芯片PGA202和PGA203自身帶的濾波接口端5 腳及10腳，分別接電容C3和C4組成相應(yīng)的濾波器。電路在工作過(guò)程中，由于處理的信號(hào)為弱信號(hào)，所以工頻干擾比較大，經(jīng)過(guò)可調(diào)節(jié)的工頻濾波模塊19(50HZ陷波濾波)，濾除電路中的工頻干擾。R4是滑動(dòng)變阻器，主要用來(lái)調(diào)節(jié)50HZ陷波濾波的帶通寬度及衰減系數(shù)。經(jīng)過(guò)這樣電路的處理后就會(huì)將難處理的電荷信號(hào)轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)輸出。