本发明专利技术公开了一种气固两相管流颗粒速度的静电感应空间滤波测量方法，该方法利用单个静电传感器实现了颗粒平均速度测量，大大简化了测量装置，并且降低了对气固两相流动条件的依赖性。本发明专利技术采用单个圆环静电传感器实现了气固两相管流颗粒平均速度测量。静电传感器在结构上对流体的流动状况无影响，属于非接触式测量方法。另外，基于静电传感器空间滤波法的颗粒速度测量技术具有结构简单，信号处理方便，价格低廉，测量准确度高的特点，适合于恶劣的工业气力输送现场环境中应用。本发明专利技术在重力输送颗粒流实验装置和加压密相气力输送系统上进行了系统地实验研究，结果表明：该测量系统具有良好的重复性和稳定性。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术利用圆环状静电传感器的空间滤波效应测量气固两相管流的颗粒平均速度，涉及一种。
技术介绍
颗粒速度的测量对于了解流动内部状态以及对生产过程的计量、节能与控制均具有重要意义。目前，已有多种颗粒流动速度测量方法，如多普勒、互相关、示踪法等，这些方法均有各自的特点和适用范围。以相关技术为基础的两相流速度测量系统，测量范围宽、适应性强、不阻碍流动，可实现颗粒的非接触测量，但相关法测速要求流动稳定，固相弥散均匀，满足“凝固流型”，并且测量通道需匹配，这在实际测量过程中有时难以保证。
技术实现思路
为了克服相关法速度测量的不足，本专利技术提出了一种，该方法利用单个静电传感器实现了颗粒平均速度测量，大大简化了测量装置，并且降低了对气固两相流动条件的依赖性。本专利技术采用如下技术方案一种，利用包括测量探头和前置放大器的静电传感器，其步骤如下步骤1)在径向位置r处，利用静电传感器输出信号功率谱特性的导数为零时，有abexp(-(πf)2bv2)·(1-2(πf)2bv2)+cdexp(-(πf)2dv2)·(1-2(πf)2dv2)=0---(16)]]>式中a，b，c，d为径向位置r处，灵敏度分布函数s(z)的拟合系数，f为功率谱频率，v为颗粒移动速度，由式(16)，可知在功率谱特性的尖峰处，v/fmax为常数并设定为gr，则有v/fmax=gr，gr与a，b，c，d有关，并可由式(16)通过数值计算获得，fmax为功率谱尖峰频率值，同理，在r＝0处，可得到g0值，上述拟合系数a，b，c，d采用如下方法得到首先，建立点电荷与静电传感器之间相互作用的数学模型▿·(ϵ(r,θ,z)▿φ(r,θ,z))=-ρ(r,θ,z)φ(r,θ,z)|(r,θ,z)∈Γp=0φ(r,θ,z)|(r,θ,z)∈Γs=0φ(r,θ,z)|(r,θ,z)∈Γe=0---(11)]]>式中φ为场域电势分布；ρ为体电荷密度；ε为敏感区间电介质分布；Γp，Γs，Γe分别为管线、屏蔽罩和电极的空间位置；然后，采用数值解法，求解得到静电场分布，进而获得单位点电荷在不同空间点上时，电极上的感应电量s(z，r)，再对电极感应电量s(z，r)在给定径向位置r上进行曲线拟合，得到拟合系数a，b，c，d；步骤2)对管道内气固两相流颗粒“静电流噪声”进行数据采集，通过Welch功率谱分析方法估计出采集信号的功率谱特性，然后利用Daubechies三阶小波，其尺度函数φ3D(t)和小波函数ψ3D(t)分别为φ3D(t)=1+342φ3D(2t)+3+342φ3D(2t-1)+3-342φ3D(2t-2)+1-342φ3D(2t-3)]]>ψ3D(t)=1-342φ3D(2t+2)+3-342φ3D(2t+1)+3+342φ3D(2t)+1+342φ3D(2t-1)]]>对功率谱进行小波多尺度分解，由此实现功率谱特性的趋势项提取，之后即可在功率谱特性曲线的趋势项上读出尖峰频率值fmax，进而根据vm＝kg0fmax，获得颗粒平均速度。与现有技术相比，本专利技术具有如下优点本专利技术采用单个圆环静电传感器实现了气固两相管流颗粒平均速度测量。静电传感器在结构上对流体的流动状况无影响，属于非接触式测量方法。另外，基于静电传感器空间滤波法的颗粒速度测量技术具有结构简单，信号处理方便，价格低廉，测量准确度高的特点，适合于恶劣的工业气力输送现场环境中应用。本专利技术在重力输送颗粒流实验装置和加压密相气力输送系统上进行了系统地实验研究，结果表明该测量系统具有良好的重复性和稳定性。附图说明图1是本专利技术静电传感器测量探头结构简图，其中，(a)为静电传感器测量探头的轴向剖视图，(b)为静电传感器测量探头的截面剖视图，1-金属屏蔽罩；2-绝缘管道；3-圆环状感应电极。图2是静电传感器等效电路图。图3是前置放大电路原理图。图4是静电传感器传感空间内三维静电场分布到二维场的简化模型，其中，1-圆环状电极；2-单位点电荷(电量1C)，3-圆状线电荷(线电荷密度1/2πr(C/m))。具体实施例方式一种，利用包括测量探头和前置放大器的静电传感器，其步骤如下步骤1)在径向位置r处，利用静电传感器输出信号功率谱特性的导数为零时，有abexp(-(πf)2bv2)·(1-2(πf)2bv2)+cdexp(-(πf)2dv2)·(1-2(πf)2dv2)=0---(16)]]>式中a，b，c，d为径向位置r处，灵敏度分布函数s(z)的拟合系数，f为功率谱频率，v为颗粒移动速度，由式(16)，可知在功率谱特性的尖峰处，v/fmax为常数并设定为gr，则有v/fmax＝gr，gr与a，b，c，d有关，并可由式(16)通过数值计算获得，fmax为功率谱尖峰频率值，同理，在r＝0处，可得到g0值，上述拟合系数a，b，c，d采用如下方法得到首先，建立点电荷与静电传感器之间相互作用的数学模型▿·(ϵ(r,θ,z)▿φ(r,θ,z))=-ρ(r,θ,z)φ(r,θ,z)|(r,θ,z)∈Γp=0φ(r,θ,z)|(r,θ,z)∈Γs=0φ(r,θ,z)|(r,θ,z)∈Γe=0---(11)]]>式中φ为场域电势分布；ρ为体电荷密度；ε为敏感区间电介质分布；Γp，Γs，Γe分别为管线、屏蔽罩和电极的空间位置；然后，采用数值解法，求解得到静电场分布，进而获得单位点电荷在不同空间点上时，电极上的感应电量s(z，r)，再对电极感应电量s(z，r)在给定径向位置r上进行曲线拟合，得到拟合系数a，b，c，d；步骤2)对管道内气固两相流颗粒“静电流噪声”进行数据采集，通过Welch功率本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种气固两相管流颗粒速度的静电感应空间滤波测量方法，利用包括测量探头和前置放大器的静电传感器，其特征在于：步骤１）在径向位置ｒ处，利用静电传感器输出信号功率谱特性的导数为零时，有：ａ／＊ｅｘｐ（－（πｆ）↑［２］／ｂｖ↑［２ ］）.（１－２（πｆ）↑［２］／ｂｖ↑［２］）＋ｃ／＊ｅｘｐ（－（πｆ）↑［２］／ｄｖ↑［２］）.（１－２（πｆ）↑［２］／ｄｖ↑［２］）＝０（１６）式中ａ，ｂ，ｃ，ｄ为径向位置ｒ处，灵敏度分布函数ｓ（ｚ）的拟合系数，ｆ为功率谱 频率，ｖ为颗粒移动速度，由式（１６），可知：在功率谱特性的尖峰处，ｖ／ｆ↓［ｍａｘ］为常数并设定为ｇ↓［ｒ］，则有ｖ／ｆ↓［ｍａｘ］＝ｇ↓［ｒ］，ｇ↓［ｒ］与ａ，ｂ，ｃ，ｄ有关，并可由式（１６）通过数值计算获得，ｆ↓［ｍａｘ］为功率谱尖峰频率值，同理，在ｒ＝０处，可得到ｇ↓［０］值，上述拟合系数ａ，ｂ，ｃ，ｄ采用如下方法得到：首先，建立点电荷与静电传感器之间相互作用的数学模型＊＊＊（１１）式中φ为场域电势分布；ρ为体电荷密度；ε为敏感区间电 介质分布；Γ↓［ｐ］，Γ↓［ｓ］，Γ↓［ｅ］分别为管线、屏蔽罩和电极的空间位置；然后，采用数值解法，求解得到静电场分布，进而获得单位点电荷在不同空间点上时，电极上的感应电量ｓ（ｚ，ｒ），再对电极感应电量ｓ（ｚ，ｒ）在给定径向位置ｒ上 进行曲线拟合，得到拟合系数ａ，ｂ，ｃ，ｄ；步骤２）对管道内气固两相流颗粒“静电流噪声”进行数据采集，通过Ｗｅｌｃｈ功率谱分析方法估计出采集信号的功率谱特性，然后利用Ｄａｕｂｅｃｈｉｅｓ三阶小波，其尺度函数φ↓［３］↑［Ｄ］（ｔ）和小 波函数ψ↓［３］↑［Ｄ］（ｔ）分别为：＊＊＊对功率谱进行小波多尺度分解，由此实现功率谱特性的趋势项提取，之后即可在功率谱特性曲线的趋势项上读出尖峰频率值ｆ↓［ｍａｘ］，进而根据ｖ↓［ｍ］＝ｋｇ↓［０］ｆ↓［ｍａｘ］，获得颗粒 平均速度。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：许传龙，王式民，汤光华，杨道业，周宾，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：84[中国|南京]
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