基于主动荷电的电荷感应粉尘浓度检测方法技术

本发明专利技术涉及一种基于主动荷电的电荷感应粉尘浓度检测方法，属于粉尘浓度检测技术领域。该方法包括：S1：在电荷感应前端对粉尘颗粒进行主动荷电，并构建基于主动荷电的电荷感应粉尘浓度模型；S2：计算不同种类粉尘在不同荷电电压下的粉尘感应信号信噪比，并根据在最低可提取信噪比处的每种粉尘的荷电电压与粉尘浓度之间的关系，找出能够满足信噪比检测要求且不会发生击穿的主动荷电电压值；S3：采用试验对比方法，获取满足信噪比要求的不同种类粉尘检测浓度下限值。本发明专利技术减小了粉尘浓度检测的相对误差。的相对误差。的相对误差。

【技术实现步骤摘要】
基于主动荷电的电荷感应粉尘浓度检测方法


[0001]本专利技术属于粉尘浓度检测
，涉及一种基于主动荷电的电荷感应粉尘浓度检测方法。

技术介绍

[0002]目前检测粉尘浓度主流方法为电荷感应法，具有抗污染性好、维护工作量极少等优点，国内外学者对此进行了相关研究。陈建阁等人通过改良感应电极减小了静电电荷感应检测粉尘浓度的误差；刘丹丹等人基于伯努利效应和卡门涡街效应提出了一种组合型测量管道结构，解决了低粉尘浓度环境下电荷感应粉尘浓度测量精度低的问题；刘若晨等人通过传感器尺寸参数的优化，得到了多个不同静电传感器的三维空间分布规律；Hean Liu等人基于静电感应法和距离算法，实现了粉尘输送管道煤尘浓度的准确检测。
[0003]综上，国内外学者均集中在静电电荷感应粉尘浓度检测法的研究，但是该方法存在信号弱且易被干扰的缺陷，对低浓度粉尘测试精度低使得其测试范围受到限制。
[0004]因此，亟需一种新的粉尘浓度检测方法来解决上述问题。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种基于主动荷电的电荷感应粉尘浓度检测方法，将通过主动荷电的方式，使粉尘颗粒强制荷电，大幅度提高单位质量的粉尘颗粒带电量且使之保持极性一致，从而进一步减小粉尘浓度的检测相对误差。
[0006]为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0007]方案1：一种基于主动荷电的电荷感应粉尘浓度检测方法，:包括以下步骤：
[0008]S1：在电荷感应前端对粉尘颗粒进行主动荷电，使其尽可能荷电，并构建基于主动荷电的电荷感应粉尘浓度模型；
[0009]S2：计算不同种类粉尘在不同荷电电压下的粉尘感应信号信噪比，并根据在最低可提取信噪比处的每种粉尘的荷电电压与粉尘浓度之间的关系，找出能够满足信噪比检测要求且不会发生击穿的主动荷电电压值；
[0010]S3：采用试验对比方法，获取满足信噪比要求的不同种类粉尘检测浓度下限值。
[0011]进一步，步骤S1具体包括：在电荷感应前端安装主动荷电装置，使其带电量均为q；粉尘再飞过金属感应电极时，由于电荷感应作用使电极产生较强的动态感应电荷量为Q；再提取感应电荷产生的交变信号的波动性反演得到被测粉尘的浓度；
[0012]主动荷电的电量q为：
[0013][0014][0015]其中，ε是粉尘颗粒介电常数，ε0是自由空间的介电常数，U0是外加荷电电压，d是荷
电距离，a是粉尘颗粒半径；k是常数，r是带电粉尘颗粒与感应电极之间的距离。
[0016]进一步，步骤S2中，计算粉尘检测信号信噪比SNR，具体为：定义SNR为输出信号的标准偏差与噪声标准偏差之比的对数，计算公式为：
[0017]SNR＝10*log
10
(P
s
/P
n
)
ꢀꢀꢀ
(3)
[0018]其中，
[0019][0020][0021]其中，P
n
是噪声信号n(t)的标准偏差，P
s
是感应信号x(t)的标准偏差，是噪声信号n(t)的平均值，是噪声信号x(t)的平均值。
[0022]进一步，步骤S2中，确定荷电电压与粉尘浓度之间的关系，具体包括：通过大量的试验及数据统计分析，得到不同浓度不同种类粉尘的荷电电压与信噪比的曲线关系，并提取出有效信号；然后设定提取标准的信噪比值；最后结合曲线关系得到在最低可提取信噪比处的每种粉尘的荷电电压与粉尘浓度之间的关系。
[0023]进一步，步骤S2中，找出能够满足信噪比检测要求且不会发生击穿的主动荷电电压值，具体包括：在满足感应信号信噪比要求时，确定不同种类的粉尘浓度检测的荷电电压。
[0024]方案2：一种基于主动荷电的电荷感应粉尘浓度检测装置，包括：粉尘主动荷电装置和感应信号检测装置；所述粉尘主动荷电装置包括定量发尘器、高压电源和荷电装置；所述感应信号检测装置包括感应探测电极、信号测量装置和示波器等；
[0025]粉尘经过粉尘主动荷电装置被主动荷电后，荷电粉尘通过感应探测电极时将产生感应电荷，由信号测量装置对探测电极获取的信号进行处理。
[0026]本专利技术的有益效果在于：
[0027](1)本专利技术采用基于主动荷电的电荷感应式粉尘浓度检测原理，搭建了主动荷电的电荷感应检测试验装置。
[0028](2)本专利技术采用实验和理论分析的方法，研究不同种类粉尘在不同荷电电压下的粉尘检测信号信噪比，寻找能够满足信噪比检测要求的、不会发生击穿的主动荷电电压值。
[0029](3)本专利技术采用试验对比方法，研究了满足信噪比要求的不同种类粉尘检测下限值。
[0030](4)本专利技术减小粉尘浓度的检测相对误差。
[0031]本专利技术的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本专利技术的实践中得到教导。本专利技术的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
[0032]为了使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术作优
选的详细描述，其中：
[0033]图1为主动荷电的电荷感应粉尘浓度检测原理图；
[0034]图2为感应信号信噪比检测装置示意图；
[0035]图3为三种粉尘实物图；
[0036]图4为本体噪声图；
[0037]图5为铝粉在不同粉尘浓度下的信噪比与荷电电压的关系图；
[0038]图6为面粉在不同粉尘浓度下的信噪比与荷电电压的关系图；
[0039]图7为水泥粉在不同粉尘浓度下的信噪比与荷电电压的关系图。
[0040]图8为试验系统示意图。
具体实施方式
[0041]以下通过特定的具体实例说明本专利技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本专利技术的其他优点与功效。本专利技术还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本专利技术的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本专利技术的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0042]其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利技术的限制；为了更好地说明本专利技术的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
[0043]本专利技术实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本专利技术的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于主动荷电的电荷感应粉尘浓度检测方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：S1：在电荷感应前端对粉尘颗粒进行主动荷电，并构建基于主动荷电的电荷感应粉尘浓度模型；S2：计算不同种类粉尘在不同荷电电压下的粉尘感应信号信噪比，并根据在最低可提取信噪比处的每种粉尘的荷电电压与粉尘浓度之间的关系，找出能够满足信噪比检测要求且不会发生击穿的主动荷电电压值；S3：采用试验对比方法，获取满足信噪比要求的不同种类粉尘检测浓度下限值。2.根据权利要求1所述的基于主动荷电的电荷感应粉尘浓度检测方法，其特征在于，步骤S1具体包括：在电荷感应前端安装主动荷电装置，使其带电量均为q；粉尘再飞过金属感应电极时，由于电荷感应作用使电极产生的动态感应电荷量为Q；再提取感应电荷产生的交变信号的波动性反演得到被测粉尘的浓度；主动荷电的电量q为：主动荷电的电量q为：其中，ε是粉尘颗粒介电常数，ε0是自由空间的介电常数，U0是外加荷电电压，d是荷电距离，a是粉尘颗粒半径；k是常数，r是带电粉尘颗粒与感应电极之间的距离。3.根据权利要求1所述的基于主动荷电的电荷感应粉尘浓度检测方法，其特征在于，步骤S2中，计算粉尘检测信号信噪比SNR，具体为：定义SNR为输出信号的标准偏差与噪声标准偏差之比的对数，计算公式为：SNR＝10*log
10
(P
s
/P
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【专利技术属性】
技术研发人员：赵政，惠立锋，李德文，吴付祥，刘国庆，颜鸽来，晏丹，焦敏，张强，石婧，邓有凡，李征真，邓勤，王迪，罗小博，
申请(专利权)人：中煤科工集团重庆研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：