專利名稱:顆粒物排放流速在線監(jiān)測(cè)裝置及其信號(hào)處理方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明屬于物理量的測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域,特別涉及連續(xù)測(cè)定顆粒物排放速度的技術(shù),可以用于電廠顆粒物排放或其它煙道排放的連續(xù)監(jiān)測(cè)。還可以用于平板運(yùn)動(dòng)速度的非接觸測(cè)量。
為了測(cè)定鍋爐向大氣排放固體顆粒物累計(jì)總量,需要連續(xù)在線測(cè)定煙道顆粒物的流速。以往的在線測(cè)量方法采用超聲法、皮托管法或熱膜法測(cè)定流速。超聲流速監(jiān)測(cè)系統(tǒng)依靠一對(duì)都可以收發(fā)超聲波的電/聲換能器,兩個(gè)換能器分別安裝在煙道兩測(cè),并在垂直方向上拉開一定距離。兩個(gè)電/聲換能器分別發(fā)送超聲脈沖,并接受對(duì)方的超聲波。順著氣流方向傳播的超聲波傳輸時(shí)間短,逆著氣流方向傳播的超聲波傳輸時(shí)間長,根據(jù)傳播時(shí)間和換能器的距離可以計(jì)算得到氣流的流速。這種方法的缺點(diǎn)是在高流速煙道中,聲波傳輸發(fā)生明顯的彎曲,順著流速的聲波信號(hào)很強(qiáng),而逆著流速的聲波信號(hào)很弱,容易受到噪聲干擾。皮托管法的缺點(diǎn)是容易發(fā)生堵塞。熱膜法的缺點(diǎn)是需要溫度補(bǔ)償。
另一種方法是激光多普勒測(cè)速法。它利用分光鏡把一束激光分成兩束,并在測(cè)量區(qū)域相交。由于相干性,兩束光形成平行的明暗變化的干涉條紋。當(dāng)粒子穿過于涉條紋時(shí),其散射光被探測(cè)器接收并轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。電信號(hào)是一串高頻脈沖,通過分析脈沖的頻率可以得到粒子的流速。這種方法并沒有應(yīng)用到煙道顆粒物排放速度的測(cè)量,其原因是光學(xué)結(jié)構(gòu)精密,信號(hào)處理系統(tǒng)復(fù)雜,價(jià)格昂貴。
本發(fā)明的目的是為克服已有技術(shù)的不足之處,提出了一種顆粒物排放流速在線監(jiān)測(cè)裝置及其信號(hào)處理方法,具有設(shè)備的成本低,能適應(yīng)惡劣場合,且能自動(dòng)地、快速地測(cè)定管道內(nèi)氣固兩相流中顆粒物的流動(dòng)速度。
本發(fā)明提出的一種顆粒物排放流速在線監(jiān)測(cè)裝置,其特征在于,包括安裝在一個(gè)殼體內(nèi)的一對(duì)單色光源,接收該兩光源發(fā)出的兩束光經(jīng)測(cè)量介質(zhì)反射后的光束的光學(xué)接收系統(tǒng),接收經(jīng)光學(xué)接收系統(tǒng)后的光束的光敏探測(cè)器陣列,與該光敏探測(cè)器陣列輸出端相連的信號(hào)處理器及存儲(chǔ)在其中的信號(hào)處理程序,所說的在測(cè)量區(qū)兩光束相互平行且相距一間隔,所說的光學(xué)接收系統(tǒng)使測(cè)量區(qū)域與光敏探測(cè)器陣列共軛。
本發(fā)明所說的一對(duì)單色光源可采用兩個(gè)半導(dǎo)體激光器。
本發(fā)明所說的光學(xué)接收系統(tǒng)可由設(shè)置在同一光軸上的接收物鏡、透鏡、濾光片所組成。
所說的光敏探測(cè)器陣列可為多元光敏二極管陣列或四象限光敏管。
本發(fā)明用于上述裝置的信號(hào)處理方法,包括下述步驟(1)將光敏探測(cè)器陣列的輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字序列;(2)求這些序列的互相關(guān)函數(shù);(3)計(jì)算流速,存貯結(jié)果并輸出相應(yīng)的模擬信號(hào)。
本發(fā)明的工作原理當(dāng)粒子穿過測(cè)量區(qū)時(shí),其像會(huì)成在探測(cè)器上。此探測(cè)器由兩個(gè)分立的相同的光敏元組成,并分別與兩激光束對(duì)應(yīng)。由于顆粒的運(yùn)動(dòng),先后經(jīng)過兩個(gè)激光束,粒子的像先后經(jīng)過這兩個(gè)光敏元,所以兩個(gè)光敏元的輸出信號(hào)具有相關(guān)性。根據(jù)它們的互相關(guān)函數(shù)可以確定顆粒物的流速。
若R(τ)是兩個(gè)光敏元的輸出的互相關(guān)函數(shù),顆粒物的運(yùn)動(dòng)速度可以用下式表示V∝dτm]]>式中V為顆粒物的運(yùn)動(dòng)速度,d表示光敏元之間的距離,τm表示相關(guān)函數(shù)最大點(diǎn)。本發(fā)明的關(guān)鍵是基于上述兩種信號(hào)處理方法。
本發(fā)明的特點(diǎn)及效果如下1、是一種非介入測(cè)量,測(cè)量裝置不影響被側(cè)區(qū)域中粒子的運(yùn)動(dòng)。
2、由于屬于非多普勒測(cè)量,所以設(shè)備的成本會(huì)大幅度降低,且適應(yīng)惡劣場合。
3、不僅可以用于顆粒物流速的測(cè)量,還可以測(cè)量平板運(yùn)動(dòng)速度的非接觸測(cè)量。
附圖簡要說明
圖1是本發(fā)明的實(shí)施例總體結(jié)構(gòu)圖;圖2是本發(fā)明實(shí)施例的探測(cè)器結(jié)構(gòu)圖;圖3是本發(fā)明實(shí)施例的軟件框圖;本發(fā)明設(shè)計(jì)的顆粒物排放量在線監(jiān)測(cè)裝置及其信號(hào)處理方法實(shí)施例結(jié)合各附圖詳細(xì)說明如下本實(shí)施例的顆粒物排放量在線監(jiān)測(cè)裝置總體結(jié)構(gòu)如圖1所示,由兩個(gè)單色光源101a和101b、準(zhǔn)值透鏡102a和102b、楔形鏡201a和201b、接收物鏡202、透鏡103、濾光片104、光敏探測(cè)器陣列105、單片機(jī)信號(hào)處理器106,電纜107組成,它們被安裝在一個(gè)殼體內(nèi)。其中,單色光源101a和101b所產(chǎn)生的光經(jīng)透鏡102a和102b準(zhǔn)直后射入氣固兩相流體301中。兩束光分別經(jīng)過楔形鏡201a和201b折射轉(zhuǎn)向,在測(cè)量區(qū)302交匯,但并不相交,它們之間有3mm左右的距離。也就是說,如果光源101a發(fā)出的光束在紙面里,則101b發(fā)出的光束在紙面上方(或下方)3mm左右。處在測(cè)量區(qū)302的光束被粒子散射,一部分散射光經(jīng)透鏡202、103、濾光片104,被探測(cè)器陣列105接收。經(jīng)放大和模/數(shù)轉(zhuǎn)換后在單片機(jī)106內(nèi)進(jìn)行處理計(jì)算,最后得到顆粒物的流速。窄帶濾光片104是用來阻止其它波長的光進(jìn)入探測(cè)器以減少背景光的干擾,其透射波長與光源的中心波長吻合。法蘭402安裝在煙道壁401上。整機(jī)外殼通過法蘭203固定在法蘭402上。
本實(shí)施例的探測(cè)器為多元光敏二極管陣列或四象限光敏管,圖2示出了兩元光敏二極管陣列。測(cè)量時(shí),粒子的像先經(jīng)過205a再經(jīng)過205b。
本實(shí)施例的流速信號(hào)處理軟件流程如圖3所示,包括以下步驟(1)對(duì)兩元光敏二極管陣列205a和205b的輸出交替采樣,將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成兩個(gè)數(shù)字序列;(2)求兩序列的互相關(guān)函數(shù)R(τ);(3)根據(jù)互相關(guān)函數(shù)求流速V;(4)將流速值存貯,并輸出4~20mA電流信號(hào)。
權(quán)利要求
1.一種包括安裝在一個(gè)殼體內(nèi)的一對(duì)單色光源,接收該兩光源發(fā)出的兩束光經(jīng)測(cè)量介質(zhì)反射后的光束的光學(xué)接收系統(tǒng),接收經(jīng)光學(xué)接收系統(tǒng)后的光束的光敏探測(cè)器陣列,與該光敏探測(cè)器陣列輸出端相連的信號(hào)處理器及存儲(chǔ)在其中的信號(hào)處理程序,所說的在測(cè)量區(qū)兩光束相互平行且相距一間隔,所說的光學(xué)接收系統(tǒng)使測(cè)量區(qū)域與光敏探測(cè)器陣列共軛。
2.按權(quán)利要求1所述的顆粒物排放流速在線監(jiān)測(cè)裝置,其特征在于,所說的一對(duì)單色光源采用兩個(gè)半導(dǎo)體激光器。
3.按權(quán)利要求1所述的顆粒物排放流速在線監(jiān)測(cè)裝置,其特征在于,所說的光學(xué)接收系統(tǒng)由設(shè)置在同一光軸上的接收物鏡、透鏡、濾光片所組成。
4.按權(quán)利要求1所述的顆粒物排放流速在線監(jiān)測(cè)裝置,其特征在于,所說的光敏探測(cè)器陣列為多元光敏二極管陣列或四象限光敏管。
5.一種用于如權(quán)利要求1所述裝置的信號(hào)處理方法,包括下述步驟(1)將光敏元探測(cè)器陣列輸出的信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字序列;(2)求數(shù)字序列的互相關(guān)函數(shù);(3)計(jì)算流速,存貯結(jié)果并輸出相應(yīng)的模擬信號(hào)。
全文摘要
本發(fā)明屬于物理量的測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域,特別涉及連續(xù)測(cè)定顆粒物排放速度的技術(shù),包括安裝在一個(gè)殼體內(nèi)的一對(duì)半導(dǎo)體激光器、光學(xué)接收系統(tǒng)、光敏探測(cè)器陣列、信號(hào)處理器,其中,在測(cè)量區(qū)兩激光束相互平行且相距一較近間隔,光學(xué)接收系統(tǒng)使測(cè)量區(qū)域與光敏探測(cè)器陣列共軛。本發(fā)明能自動(dòng)地、快速地測(cè)定管道內(nèi)氣固兩相流中顆粒物的流動(dòng)速度。
文檔編號(hào)G01F1/66GK1279394SQ0012154
公開日2001年1月10日 申請(qǐng)日期2000年8月11日 優(yōu)先權(quán)日2000年8月11日
發(fā)明者陳安世, 郝吉明, 周中平, 賀克斌 申請(qǐng)人:清華大學(xué)