[發明專利]同步獲取氣固兩相流內電容和靜電信號的測量裝置及方法

有效

• 申請號: 201910055793.X
• 申請日: 2019-01-21
• 公開（公告）號: CN109839412B
• 公開（公告）日: 2021-07-09
• 發明（設計）人: 李健;許傳龍
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G01N27/22
• 分類號: G01N27/22;G01N15/00
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

1.一種同步獲取氣固兩相流內電容和靜電信號的測量裝置，包括信號發生器、與信號發生器連接的激勵電極、用于獲取激勵電極作用在兩相流上的電信號和顆粒荷電信號的檢測電極以及與所述檢測電極連接的檢測電路，其特征在于：所述檢測電路包括信號發生器、電流電壓轉換模塊、用于獲取靜電信號的第一電路單元和用于獲取電容信號的第二電路單元；所述第一電路單元和第二電路單元均與所述檢測電極連接；所述第一電路單元包括低通濾波器和信號放大器；所述第二電路單元包括帶通濾波器及幅值轉換器；所述帶通濾波器的中心頻率和信號發生器輸出信號的頻率相同；所述低通濾波器的截止頻率f_LP、信號發生器輸出信號的頻率f與靜電信號頻率f_q之間滿足：10f_q≤f_LP≤f/10。

2.根據權利要求1所述的測量裝置，其特征在于：所述信號發生器輸出信號的頻率，應設置在100kHz～10MHz范圍內。

3.根據權利要求1所述的測量裝置，其特征在于：所述信號發生器為DDS信號發生器。

4.根據權利要求3所述的測量裝置，其特征在于：所述DDS信號發生器輸出信號為正弦信號。

5.一種同步獲取氣固兩相流內電容和靜電信號的測量方法，其特征在于，采用權利要求1-4任一所述測量裝置進行測量，獲取電容信號和電壓信號的具體步驟為：

S1在激勵電極上施加由DDS信號發生器產生的高頻交流電壓的激勵信號V_s，其頻率設置在100kHz～10MHz范圍內；

S2通過檢測電極獲取DDS信號發生器作用在氣固兩相流上的電信號和顆粒荷電信號V_o(t)：

其中：q為顆粒帶有的等效電荷Q在檢測電極上感應出的電荷量，ω_q為靜電信號的角頻率，R_f為反饋電阻，C_f為反饋電容，C_x為激勵電極和檢測電極之間的電容，V_s(t)為DDS信號發生器產生的激勵信號，j為虛數單位，ω為DDS信號發生器產生的信號的角頻率；

S3從獲得的電信號V_o(t)中分別提取靜電信號和電容信號：

設置低通濾波器的上限截止頻率在10⁴Hz數量級，提取靜電信號；

式中，V_E(t)為獲得的靜電信號，k₁為低通濾波器的增益，k₂為信號放大器的增益；

設置帶通濾波器的中心頻率和DDS信號發生器輸出信號的頻率相同，提取電容信號：

式中，k₃為中心頻率為f的帶通濾波器的增益，A為DDS信號發生器產生的信號的幅值，f為DDS信號發生器產生的信號的頻率。

6.根據權利要求5所述的測量方法，其特征在于：獲取電容信號和電壓信號的具體步驟還包括：

S4判斷電容信號是否有效提取：

判斷步驟S3提取的靜電信號V_E(t)是否在(k₁k₂(k-1)V，k₁k₂(1-k)V)范圍內，(-V，V)為電流電壓轉換模塊的輸出范圍，k為0到1之間的系數；如果在，則提取的電容信號V_c(t)有效；如果提取的靜電信號V_E(t)不在(k₁k₂(k-1)V，k₁k₂(1-k)V)范圍內，則需要調整電流電壓轉換模塊中的反饋電阻R_f和反饋電容C_f，以降低靜電信號的強度，使其輸出處于(k₁k₂(k-1)V，k₁k₂(1-k)V)范圍內，從而保證電容信號的有效提取。