[發明專利]一種螺旋輸送管內粉體流型檢測裝置及壓縮感知流型辨識方法

有效

• 申請號: 201310662914.X
• 申請日: 2013-12-09
• 公開（公告）號: CN103645029A
• 公開（公告）日: 2014-03-19
• 發明（設計）人: 張西良;吳琪;孫祥;王輝;路欣;徐云峰;張世慶
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: G01M10/00
• 分類號: G01M10/00
• 代理公司: 南京知識律師事務所 32207
• 代理人: 盧亞麗

技術領域

本發明涉及工業生產管道內粉體在線檢測裝置，具體提供一種螺旋輸送管內粉體流型檢測裝置及壓縮感知流型辨識方法，屬于物料輸送檢測裝置技術領域，可應用于食品、化工、農業等行業。

背景技術

螺旋輸送管道對粉體以及顆粒物料的輸送有較好的可控制性和穩定性，廣泛應用于工業礦物、農用物料、化工、食品加工原料成品等運輸、配料和包裝生產過程中。隨著這些行業的迅速發展，研究螺旋輸送管道中物料的流動機理、準確檢測其各種參數是實現工業系統檢測、分析和控制的基礎，也是現代工業設備研制和開發的基礎，對提高生產效率、節約能源、降低污染等具有重要的意義。

在工業上，多相流檢測常用的參數有：相濃度、分相流量、流型等。固相濃度的獲取對工業系統的工藝設計、運行狀況監控，系統的自動控制和計量以及進一步的多相流測量等均有重要意義。目前應用于多相流測量的固相濃度的方法主要有三種：第一類是采用分離法，將多相流體的各項分離，測量各相含量。這類方法可以對兩相流固相濃度進行計量，但由于要對兩項流體進行分離，系統復雜，可能影響工業過程的連續性，限制了其應用范圍。第二類是基于超聲波技術、微波技術、光譜技術、核磁共振技術、輻射線技術、新型示蹤技術、相關技術、電容法、過程層析成像技術等新型檢測技術，但是基于這類技術的多相流測量目前大多仍處于實驗研究階段或是應用于特殊場合，離工業化生產還有一段距離。基于超聲波方法的優勢是傳感器采用非侵入及非接觸方式，但其傳感器信號處理方法較為復雜，系統實時性較差；光學法的優點是固體顆粒的化學組分與濕度對系統輸出基本上沒有影響，但是固體顆粒的大小對測量結果影響很大，光學測量方法不適合濃相測量而且光學探頭需要經常擦拭；核磁共振法屬于非接觸測量方式，適于測量腐蝕性和易聚合物質而且精度高，但結構復雜、成本高，并且經濟性差；電容法具有安全可靠，成本低，采用非侵入式測量，易于安裝，牢固耐用，響應速度快等優點，適合于工業上在線應用，能進行定量分析，但是存在著敏感場不均勻的問題；電容層析成像技術是一種非侵入式、快速測量的技術，能夠在線顯示輸送管道中的固體濃度分布，但也同樣具有自身的缺點，即測量場是一軟場，測量結果受被測量介質的影響。第三類是基于軟測量技術的測量方法。

現有的管道在線檢測裝置，如：2001年蔡小舒在申請專利管道煤粉在線監測裝置（專利申請號01126941.3）中通過光學法對煤粉管的運行狀況進行診斷，存在器件使用壽命短、較易被腐蝕和磨損的缺點；2005年郝莉莉在申請專利管道粉體在線監測裝置（專利申請號200520065408.3）中將粉體傳感器用于管道氣力輸送的粉體濃度檢測，屬于接觸式測量，傳感器容易被損壞，且對流場有一定的影響；2008年劉石等人利用電容層析成像測量旋流濃集的稀疏氣固兩相流的顆粒濃度（專利申請號200810240476.7），較好的解決了稀疏相的多相流檢測。

多相流流型的不同，不但影響其流動特性、傳熱性能，而且影響系統運行的可靠性和效率。多相流流型的辨識對生產過程的監控、故障診斷等具有重要意義。流型的自動辨識有著重要的工業應用價值和學術價值。但是多相流流動是一個復雜的系統，各相間存在隨機可變的相界面，致使流型的種類多種多樣，并且導致流型在流體流動過程中的變化帶有隨機性。流型不僅受到各項介質自身特性的影響，而且受工業系統工況（包括壓力、各分相流量、各分相含率、管道的幾何形狀、壁面特性以及安裝方式等）的影響，因此流型的在線自動辨識十分困難。目前，流型識別方法有目測法、高速攝影法、射線衰減法、電容層析成像法（Electrical?Capacitance?Tomography，簡記ECT），以及基于差壓/壓力、空隙率波動信號的信號分析技術等方法。但是現有的這些方法由于難以獲取真正反映流型的管截面相分布信息，流型辨識準確率往往不夠高，實際應用也十分有限。

ECT技術用于多相流流型的辨識主要通過以下途徑：首先利用ECT傳感器獲取多相流介質分布的電容信息，再通過圖像重建得到兩相流的介質分布圖像，通過對重建圖像的進一步處理，得到兩相流的流型信息。但是由于ECT傳感器所能獲取的信息量有限，導致ECT圖像重建是一個欠定的病態方程的求解過程，雖經國內外學者的多年努力，ECT圖像重建問題仍未很好解決，所得圖像還較模糊，同時由于圖像重建過程復雜，運算量大，實時性還較差，因此ECT流型識別的在線應用受到限制。