[發明專利]一種聲-電復合的粉塵濃度檢測系統及檢測方法

在審

• 申請號: 201810257315.2
• 申請日: 2018-03-27
• 公開（公告）號: CN108535158A
• 公開（公告）日: 2018-09-14
• 發明（設計）人: 章艷;婁文忠;廖茂浩
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: G01N15/06
• 分類號: G01N15/06
• 代理公司: 北京萬象新悅知識產權代理事務所(普通合伙) 11360
• 代理人: 王巖

本發明公開了一種聲?電復合的粉塵濃度檢測系統及其檢測方法。本發明采用包括超聲傳感器和電容傳感器的聲電一體傳感單元分別采集超聲信號和電場信號，以及溫度傳感器和濕度傳感器，對超聲信號和電場信號進行環境補償，再通過特征融合算法得到聲?電復合后的多相物顆粒的體積濃度，實現測試性能或測試數據互補，彌補單一方法的測試缺陷，完成復雜測試對象的快速、準確、高效檢測；控制處理器對濃度數據的接收也采用中斷方式，因此不需要等待時間，實現信號采集和濃度計算的并行實現，提高檢測效率。

技術領域

本發明涉及粉塵濃度檢測技術，具體涉及一種聲-電復合的粉塵濃度檢測系統及檢測方法。

背景技術

粉塵濃度在爆炸極限范圍內，遇到熱源后即可引發爆炸現象。粉塵爆炸時，火焰瞬間傳播于整個混合粉塵空間，化學反應速度極快，同時釋放大量的熱，形成很高的溫度和很大的壓力，具有很強的破壞力，會造成巨大的人員和財產損失。因此采用適當的方式和裝置對環境中粉塵濃度進行實時檢測，從而在其濃度到達危險閾值前進行預警和處理，是避免災發生的最有效手段。

目前，粉塵濃度的測量方法主要有光學法、射線法、振蕩天平法、黑度法等檢測方法。光學法具有非接觸檢測、檢測速度快的優點，但是該方法對于顆粒特性較為敏感，顆粒粒徑、形狀和顏色都會對檢測結果造成影響。射線法無需人工操作，且只對顆粒物的質量敏感，不會受到粒徑、顏色等特性影響，但由于采用射線作為檢測特征量，對系統精度和安全防護等提出較高要求。振蕩天平法存在測試范圍小，不能實現在線測量，并受溫濕度影響作用大等缺陷。黑度測量方法簡單，但測量結果在很大程度上受天氣等主觀因素及操作者的其他客觀因素的影響。由此可見，其單一的測量方法針對某些特殊場合起到了很好的作用，但無法同時滿足測量范圍、系統體積、精度、擴散速度等技術的需求。

發明內容

針對現有粉塵濃度實時探測實用技術的欠缺，本發明提出一種聲-電復合的粉塵濃度檢測系統及方法；通過分析優化超聲檢測方法和電場檢測方法的原理，引入多模復合的概念，形成“超聲-電場”復合檢測系統。

本發明的一個目的在于提出一種聲-電復合的粉塵濃度檢測系統。

本發明的聲-電復合的粉塵濃度檢測系統包括：聲電一體傳感單元、控制處理器、計算處理器、驅動電路、信號處理電路、電源管理電路、溫度傳感器和濕度傳感器；其中，聲電一體傳感單元包括一套或多套超聲傳感器和一套或多套電容傳感器；控制處理器連接至驅動電路，驅動電路連接至聲電一體傳感單元；聲電一體傳感單元連接至信號處理電路；信號處理電路連接至控制處理器；控制處理器還連接至計算處理器；電源管理電路連接至控制處理器；溫度傳感器和濕度傳感器分別連接至計算處理器；控制處理器產生驅動信號至驅動電路，驅動電路對驅動信號進行驅動放大后傳輸至聲電一體傳感單元；超聲傳感器發出超聲信號至測量區，經被測多相物吸收后衰減，超聲傳感器接收衰減后的超聲信號，傳輸至信號處理電路；同時，位于測量區內的被測多相物引起電容傳感器的電容值改變，電容信號傳輸至信號處理電路；信號處理電路對超聲信號和電容信號進行放大、整流和濾波后，傳輸至控制處理器；控制處理器采用輪詢方法讀取超聲信號和電容信號，將超聲信號和電容信號分別轉換為數字信號，并傳輸至計算處理器；溫度傳感器和濕度傳感器分別采集溫度信號和濕度信號傳輸至計算處理器；計算處理器根據超聲信號得到未修正的超聲衰減系數，對未修正的超聲衰減系數進行聲場-溫度環境補償，得到環境補償后的超聲衰減系數；計算處理器根據電容信號得到未修正的多相物等效介電常數，對未修正的多相物等效介電常數進行電場-濕度環境補償，得到環境補償后的多相物等效介電常數，計算處理器基于超聲信號解算模型，通過環境補償后的超聲衰減系數得到聲學測量結果，并優化基于克勞修斯—莫索提Clausius-mossotti理論的介電常數計算模型，通過環境補償后的多相物等效介電常數得到電場測量結果，然后通過特征融合算法得到聲-電復合后的多相物顆粒的體積濃度，然后將多相物顆粒的體積濃度返回至控制處理器存儲輸出。