基于蛛网式静电传感器的颗粒速度场的测量装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于蛛网式静电传感器的颗粒速度场的测量装置，包括依次连接的蛛网式静电传感器、信号调理电路、数据采集设备、计算机；蛛网式静电传感器包括上层静电感应电极阵列和下层静电感应电极阵列，上层静电感应电极阵列和下层静电感应电极阵列均镶嵌于绝缘管中，上层静电感应电极阵列和下层静电感应电极阵列均有一端穿过绝缘管通过单芯屏蔽导线与信号调理电路连接，绝缘管外壁包裹一层绝缘层，绝缘层的外部紧贴着金属屏蔽罩。本发明专利技术还公开利用上述测量装置的测量方法。本发明专利技术测量装置结构简单、价格低廉、灵敏度高，由于其被动感应的特性，还有较高的工作速度，可以快速的确定荷电颗粒在流动截面的浓度及其速度分布。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于气固两相流静电测量
，具体涉及一种基于蛛网式静电传感器的颗粒速度场的测量装置，还涉及上述测量装置的测量方法。
技术介绍
在粉体气力输送过程中，由于颗粒与颗粒，颗粒与管壁之间的碰撞会使得输送的粉体带上电荷，从而在输送的管道中形成静电流噪声。静电传感器是基于静电感应的原理来探测该静电流噪声的，结合相应的信号分析，可以从该静电流噪声中提取出颗粒的速度、浓度、质量流量等信息。目前国内外对静电传感器应用的研究主要是气固两相流的速度和浓度测量，以及实现流型识别的静电层析成像技术。其中颗粒的速度是描述气固两相流动特性的一个重要参数，实现颗粒速度分布的实时检测对于了解流体内部流动状态、节能与控制具有重要的意义。目前研究最多的是环状电极，针状电极，矩阵电极对速度的测量，以及环状阵列式静电传感器,实现的静电层析成像技术(EST)。其中环状和矩阵静电传感器主要应用在相关速度测量方面。而阵列式静电传感器主要应用在静电层析成像系统中。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于蛛网式静电传感器的颗粒速度场的测量装置，解决了现有静电传感器无法获取流场内速度分布的问题。本专利技术的目的是还提供上述测量装置的测量方法。本专利技术所采用的第一种技术方案是，一种基于蛛网式静电传感器的颗粒速度场的测量装置，包括依次连接的蛛网式静电传感器、信号调理电路、数据采集设备、计算机；蛛网式静电传感器包括上层静电感应电极阵列和下层静电感应电极阵列，上层静电感应电极阵列和下层静电感应电极阵列均镶嵌于绝缘管中，上层静电感应电极阵列和下层静电感应电极阵列均有一端穿过绝缘管通过单芯屏蔽导线与信号调理电路连接，绝缘管外壁包裹一层绝缘层，绝缘层的外部紧贴着金属屏蔽罩。本专利技术的第一种技术方案的特点还在于，信号调理电路为多路信号选择电路与一路放大滤波整流电路串联或者多路相互并联的放大滤波整流电路。上层静电感应电极阵列包括相互平行的M根电极a，M根电极a在同一平面，M根电极a中相邻的电极a间距离相同，M根电极a均通过单芯屏蔽导线与信号调理电路连接。下层静电感应电极阵列包括相互平行的M根电极b，M根电极b在同一平面，M根电极b中相邻的电极b间距离相同，电极b均与电极a相互垂直，M根电极b均通过单芯屏蔽导线与信号调理电路连接。上层静电感应电极阵列所在的平面和下层静电感应电极阵列所在的平面之间的间距取2-10毫米。金属屏蔽罩的长度至少大于上层静电感应电极阵列所在的平面和下层静电感应电极阵列所在的平面之间的间距，一般取上述间距的4-10倍。本专利技术所采用的第二种技术方案是：一种基于蛛网式静电传感器的颗粒速度场的测量方法，具体按照以下步骤实施：步骤1：分别采集上层静电感应电极阵列和下层静电感应电极阵列的M路静电信号Xi(n)和Yi(n)，然后对采集到的静电信号分别进行均方根值处理得到X‾(i)=Σn=0N-1Xi(n)2N,n=0,1···,N-1;i=1,2...M---(1)]]>Y‾(i)=Σn=0N-1Xi(n)2N,n=0,1···,N-1;i=1,2...M---(2)]]>其中，n为采样点序列，N为静电信号总采样点数，i为第i路信号；步骤2：对采集到的静电信号Xi(n)和Yi(n)分别进行傅里叶变换得到FXi(k)、FYi(k)为：FXi(k)=Σn=0N-1Xi(n)e-j2πNkn,k=0,1...N-1,i=1,2,...M---(3)]]>FYi(k)=Σn=0N-1Yi(n)e-j2πNkn,k=0,1...N-1,i=1,2,...M---(4)]]>其中，n为采样点序列，N为静电信号总采样点数，k为离散频率变量，i为第i路信号；步骤3：根据步骤2得到的FXi(k)、FYi(k)的峰值[FXi(k)]max和[FYi(k)]max对应的离散点数为KX(i)、KY(i)；步骤4：步骤3中得到的离散点数为KX(i)、KY(i)处对应的频率fX(i)、fY(i)为：fX(i)＝Kx(i)·F(5)fY(i)＝Ky(i)·F(6)其中，F为频谱分析的频率分辨率；步骤5：上层静电感应电极阵列的第i根电极a探测的速度vxi为：vxi＝k0·fX(i)(7)下层静电感应电极阵列的第i根电极b探测的速度vyi为：vyi＝k0·fY(i)(8)其中，k0为速度无量纲校正系数，由实验标定确定；步骤6：M×M根电极的蛛网式静电传感器中上层静电感应电极阵列和下层静电感应电极阵列两两相交的交织节点分别为J11、J12、…、J1M、J21、J22、…、J2M、…、JM1、JM2、…、JMM，假设所有流经蛛网式静电传感器的颗粒带相同电荷，则带电颗粒在交织节点处的浓度分布为：CJ11CJ12...CJ1MCJ21CJ22...CJ2M............CJM1CJM2...CJMM=X‾(1)*Y‾(1)vx1*vy1X‾(1)*Y‾(2)vx1*vy2...X‾(1)*Y‾(M)vx1*vyMX‾(2)*Y‾(1)vx2*vy1X‾(2)*Y‾(2)vx2*vy2...X‾(2)*Y‾(M)vx2*vyM............X‾(M)*Y‾(1)vxM*vy1X‾(M)*Y‾(2)vxM*vy2...X‾(M)*Y‾(M)vxM*vyM---(9)]]>带电颗粒在交织节点处的速度分布为：vJ11vJ12...vJ1MvJ21vJ22...vJ2M............vJM1vJM2...vJMM=vx12+vy122vx12+vy222...vx12+vyM22vx22+vy122vx22+vy222...vx22+vyM22............vxM2+vy122vxM2+vy222...vxM2+vyM22---(10).]]>本专利技术的有益效果是：本专利技术一种基于蛛网式静电传感器的颗粒速度场的测量装置，结构简单、形式多样、布置灵活、价格低廉、灵敏度高，并且由于其被动感应的特性，具有较高的工作速度，具有极其优越的测量本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于蛛网式静电传感器的颗粒速度场的测量装置，其特征在于，包括依次连接的蛛网式静电传感器(1)、信号调理电路、数据采集设备(4)、计算机(5)；蛛网式静电传感器(1)包括上层静电感应电极阵列(6)和下层静电感应电极阵列(7)，上层静电感应电极阵列(6)和下层静电感应电极阵列(7)均镶嵌于绝缘管(9)中，上层静电感应电极阵列(6)和下层静电感应电极阵列(7)均有一端穿过绝缘管(9)通过单芯屏蔽导线(8)与信号调理电路连接，绝缘管(9)外壁包裹一层绝缘层，绝缘层的外部紧贴着金属屏蔽罩(10)。

【技术特征摘要】
1.一种基于蛛网式静电传感器的颗粒速度场的测量装置，其特征在于，
包括依次连接的蛛网式静电传感器(1)、信号调理电路、数据采集设备(4)、
计算机(5)；
蛛网式静电传感器(1)包括上层静电感应电极阵列(6)和下层静电感
应电极阵列(7)，上层静电感应电极阵列(6)和下层静电感应电极阵列(7)
均镶嵌于绝缘管(9)中，上层静电感应电极阵列(6)和下层静电感应电极
阵列(7)均有一端穿过绝缘管(9)通过单芯屏蔽导线(8)与信号调理电
路连接，绝缘管(9)外壁包裹一层绝缘层，绝缘层的外部紧贴着金属屏蔽
罩(10)。
2.根据权利要求1所述的一种基于蛛网式静电传感器的颗粒速度场的测
量装置，其特征在于，所述信号调理电路为多路信号选择电路(2)与一路
放大滤波整流电路(3)串联或者多路相互并联的放大滤波整流电路(3)。
3.根据权利要求2所述的一种基于蛛网式静电传感器的颗粒速度场的测
量装置，其特征在于，所述上层静电感应电极阵列(6)包括相互平行的M
根电极a(11)，M根电极a(11)在同一平面，M根电极a(11)中相邻的
电极a(11)间距离相同，M根电极a(11)均通过所述单芯屏蔽导线(8)
与所述信号调理电路连接。
4.根据权利要求3所述的一种基于蛛网式静电传感器的颗粒速度场的测
量装置，其特征在于，所述下层静电感应电极阵列(7)包括相互平行的M
根电极b(12)，M根电极b(12)在同一平面，M根电极b(12)中相邻的
电极b(12)间距离相同，电极b(12)均与所述电极a(11)相互垂直，M

\t根电极b(12)均通过所述单芯屏蔽导线(8)与所述信号调理电路连接。
5.根据权利要求4所述的一种基于蛛网式静电传感器的颗粒速度场的测
量装置，其特征在于，所述上层静电感应电极阵列(6)所在的平面和所述
下层静电感应电极阵列(7)所在的平面之间的间距取2-10毫米。
6.根据权利要求4所述的一种基于蛛网式静电传感器的颗粒速度场的测
量装置，其特征在于，所述金属屏蔽罩(10)的长度至少大于所述上层静电
感应电极阵列(6)所在的平面和所述下层静电感应电极阵列(7)所在的平
面之间的间距，一般取上述间距的4-10倍。
7.一种基于蛛网式静电传感器的颗粒速度场的测量方法，其特征在于，
采用的测量装置的具体结构为：
包括依次连接的蛛网式静电传感器(1)、信号调理电路、数据采集设备
(4)、计算机(5)；
蛛网式静电传感器(1)包括上层静电感应电极阵列(6)和下层静电感
应电极阵列(7)，上层静电感应电极阵列(6)和下层静电感应电极阵列(7)
均镶嵌于绝缘管(9)中，上层静电感应电极阵列(6)和下层静电感应电极
阵列(7)均有一端穿过绝缘管(9)通过单芯屏蔽导线(8)与信号调理电
路连接，绝缘管(9)外壁包裹一层绝缘层，绝缘层的外部紧贴着金属屏蔽
罩(10)；
所述上层静电感应电极阵列(6)包括M根电极a(11)，M根电极a(11)
在同一平面且相互平行，M根电极a(11)中相邻的电极a(11)间距离相
同，M根电极a(11)均通过所述单芯屏蔽导线(8)与所述信号调理电路连
接；
所述下层静电感应电极阵列(7)包括M根电极b(12)，M根电极b

\t(12)在同一平面且相互平行，M根电极b(12)中相邻的电极b(12)间
距离相同，电极b(12)与所述电极a(11)相互垂直，M根电极b(12)均
通过所述单芯屏蔽导线(8)与所述信号调理电路连接；
具体按照以下步骤实施：
步骤1：分别采集上层静电感应电极阵列(6)和下...

【专利技术属性】
技术研发人员：高鹤明，冯阳博，邓慧文，晏克俊，刘君，
申请(专利权)人：西安理工大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61