專利名稱：顆粒物排放流速在線監(jiān)測裝置及其信號處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于物理量的測量技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及連續(xù)測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。還可以用于平板運(yùn)動速度的非接觸測量。
為了測定鍋爐向大氣排放固體顆粒物累計總量，需要連續(xù)在線測定煙道顆粒物的流速。以往的在線測量方法采用超聲法、皮托管法或熱膜法測定流速。超聲流速監(jiān)測系統(tǒng)依靠一對都可以收發(fā)超聲波的電／聲換能器，兩個換能器分別安裝在煙道兩測，并在垂直方向上拉開一定距離。兩個電／聲換能器分別發(fā)送超聲脈沖，并接受對方的超聲波。順著氣流方向傳播的超聲波傳輸時間短，逆著氣流方向傳播的超聲波傳輸時間長，根據(jù)傳播時間和換能器的距離可以計算得到氣流的流速。這種方法的缺點是在高流速煙道中，聲波傳輸發(fā)生明顯的彎曲，順著流速的聲波信號很強(qiáng)，而逆著流速的聲波信號很弱，容易受到噪聲干擾。皮托管法的缺點是容易發(fā)生堵塞。熱膜法的缺點是需要溫度補(bǔ)償。
另一種方法是激光多普勒測速法。它利用分光鏡把一束激光分成兩束，并在測量區(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，其散射光被探測器接收并轉(zhuǎn)換成電信號。電信號是一串高頻脈沖，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量，其原因是光學(xué)結(jié)構(gòu)精密，信號處理系統(tǒng)復(fù)雜，價格昂貴。
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)測裝置及其信號處理方法，具有設(shè)備的成本低，能適應(yīng)惡劣場合，且能自動地、快速地測定管道內(nèi)氣固兩相流中顆粒物的流動速度。
本發(fā)明提出的一種顆粒物排放流速在線監(jiān)測裝置，其特征在于，包括安裝在一個殼體內(nèi)的一對單色光源，接收該兩光源發(fā)出的兩束光經(jīng)測量介質(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器陣列，與該光敏探測器陣列輸出端相連的信號處理器及存儲在其中的信號處理程序，所說的在測量區(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)使測量區(qū)域與光敏探測器陣列共軛。
本發(fā)明所說的一對單色光源可采用兩個半導(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處理方法，包括下述步驟(1)將光敏探測器陣列的輸出信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字序列；(2)求這些序列的互相關(guān)函數(shù)；(3)計算流速，存貯結(jié)果并輸出相應(yīng)的模擬信號。
本發(fā)明的工作原理當(dāng)粒子穿過測量區(qū)時，其像會成在探測器上。此探測器由兩個分立的相同的光敏元組成，并分別與兩激光束對應(yīng)。由于顆粒的運(yùn)動，先后經(jīng)過兩個激光束，粒子的像先后經(jīng)過這兩個光敏元，所以兩個光敏元的輸出信號具有相關(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)是兩個光敏元的輸出的互相關(guān)函數(shù)，顆粒物的運(yùn)動速度可以用下式表示V∝dτm]]>式中V為顆粒物的運(yùn)動速度，d表示光敏元之間的距離，τm表示相關(guān)函數(shù)最大點。本發(fā)明的關(guān)鍵是基于上述兩種信號處理方法。
本發(fā)明的特點及效果如下1、是一種非介入測量，測量裝置不影響被側(cè)區(qū)域中粒子的運(yùn)動。
2、由于屬于非多普勒測量，所以設(shè)備的成本會大幅度降低，且適應(yīng)惡劣場合。
3、不僅可以用于顆粒物流速的測量，還可以測量平板運(yùn)動速度的非接觸測量。
附圖簡要說明

圖1是本發(fā)明的實施例總體結(jié)構(gòu)圖；圖2是本發(fā)明實施例的探測器結(jié)構(gòu)圖；圖3是本發(fā)明實施例的軟件框圖；本發(fā)明設(shè)計的顆粒物排放量在線監(jiān)測裝置及其信號處理方法實施例結(jié)合各附圖詳細(xì)說明如下本實施例的顆粒物排放量在線監(jiān)測裝置總體結(jié)構(gòu)如圖1所示，由兩個單色光源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、光敏探測器陣列105、單片機(jī)信號處理器106，電纜107組成，它們被安裝在一個殼體內(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。
本實施例的探測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。測量時，粒子的像先經(jīng)過205a再經(jīng)過205b。
本實施例的流速信號處理軟件流程如圖3所示，包括以下步驟(1)對兩元光敏二極管陣列205a和205b的輸出交替采樣，將模擬信號轉(zhuǎn)換成兩個數(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。
權(quán)利要求
1.一種包括安裝在一個殼體內(nèi)的一對單色光源，接收該兩光源發(fā)出的兩束光經(jīng)測量介質(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器陣列，與該光敏探測器陣列輸出端相連的信號處理器及存儲在其中的信號處理程序，所說的在測量區(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)使測量區(qū)域與光敏探測器陣列共軛。
2.按權(quán)利要求1所述的顆粒物排放流速在線監(jiān)測裝置，其特征在于，所說的一對單色光源采用兩個半導(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)測裝置，其特征在于，所說的光敏探測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所述裝置的信號處理方法，包括下述步驟(1)將光敏元探測器陣列輸出的信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字序列；(2)求數(shù)字序列的互相關(guān)函數(shù)；(3)計算流速，存貯結(jié)果并輸出相應(yīng)的模擬信號。
全文摘要
本發(fā)明屬于物理量的測量技術(shù)領(lǐng)域,特別涉及連續(xù)測定顆粒物排放速度的技術(shù),包括安裝在一個殼體內(nèi)的一對半導(dǎo)體激光器、光學(xué)接收系統(tǒng)、光敏探測器陣列、信號處理器,其中,在測量區(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)使測量區(qū)域與光敏探測器陣列共軛。本發(fā)明能自動地、快速地測定管道內(nèi)氣固兩相流中顆粒物的流動速度。
文檔編號G01F1/66GK1279394SQ0012154
公開日2001年1月10日 申請日期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 申請人:清華大學(xué)