[发明专利]自适应流速变化的电荷感应在线粉尘检测装置及其方法

权利要求书

1.一种自适应流速变化的电荷感应在线粉尘检测装置，其特征在于，包括信号测量模块和计算模块；其中：所述信号测量模块包括若干金属探头及与所述金属探头相连的直流信号测量电路和交流信号测量电路，用于采集粉尘流动时产生的直流信号和交流信号，并将所述直流信号和交流信号传送至所述计算模块；所述计算模块，用于对所述直流信号和交流信号进行选择，以及对多路交流信号进行交相关运算，并根据选择结果与交相关运算的结果对信号进行补偿，再经校准后输出。

2.如权利要求1所述的自适应流速变化的电荷感应在线粉尘检测装置，其特征在于，所述金属探头包括第一探头、第二探头和第三探头；所述第一探头与直流信号测量电路相连，所述第二探头和第三探头则分别与所述第一交流信号测量电路和第二交流信号测量电路相连。

3.如权利要求2所述的自适应流速变化的电荷感应在线粉尘检测装置，其特征在于，所述第一探头为圆柱体，其直径为D，置于被测气流上游用于产生卡门涡街效应；第二探头和第三探头为几何尺寸相同的薄片形，置于第一探头的下游；所述第二探头、第三探头的前端与所述第一探头平齐，其有效长度为10D～15D；第一探头与第二探头之间的距离为7.5D～15D，第二探头与第三探头之间的距离为1.5D～4D。

4.如权利要求1所述的自适应流速变化的电荷感应在线粉尘检测装置，其特征在于，所述信号测量模块的直流信号测量电路与第一探头相连，该直流信号测量电路包括模拟信号预处理部分和模数转换部分；所述模拟信号预处理部分用于滤除4～16Hz以上的噪音，并利用仪器放大器和斩波消除偏差/漂移，使直流信号的精度达到1pA；所述模数转换部分的采样频率为1～16Hz；以及，

所述信号测量模块的交流信号测量电路，包括：与第二探头相连的第一交流信号测量电路，与第三探头相连的第二交流信号测量电路；所述第一、第二交流信号测量电路，均包括模拟信号预处理部分和模数转换部分；所述模拟信号预处理部分用于对信号进行4～8个数量级的放大，并滤除1～16Hz以上的噪音；所述模数转换部分的采样频率为4～64KHz。

5.如权利要求1所述的自适应流速变化的电荷感应在线粉尘检测装置，其特征在于，所述计算模块包括选择电路、交相关处理子模块、信号补偿子模块以及校准子模块；其中：

选择电路，用于根据需要在直流信号和对交流信号的采集电路之间进行选择；

交相关处理子模块，用于对第二探头、第三探头所采集到的第一交流信号和第二交流信号进行交相关运算；

信号补偿子模块，用于根据选择电路的选择结果以及交相关运算的结果对信号进行补偿；以及，

校准子模块，用于对计算模块的输出结果进行修正。

6.如权利要求5所述的自适应流速变化的电荷感应在线粉尘检测装置，其特征在于，所述计算模块还用于对所述直流信号、交流信号的相对强度进行比较：

若所述直流信号、交流信号之比大于两个数量级则表明探头的安装或使用出现了问题，具体为：如果直流信号过大则说明探头受到污染，探头导体和接地点之间发生了原电池效应，探头需要及时维护；如果交流信号值过大，则说明探头或电子电路安装不当或受到了干扰，需要额外的电磁屏蔽或电气隔离。

7.如权利要求5所述的自适应流速变化的电荷感应在线粉尘检测装置，其特征在于，所述计算模块的交相关处理子模块，为DSP、FPGA或其他计算设备。

8.一种自适应流速变化的电荷感应在线粉尘检测方法，其特征在于，包括：

A、对粉尘颗粒物电荷感应高频信号进行交相关运算的步骤；

B、对粉尘颗粒物电荷感应直流信号、交流信号进行处理以及对数据进行整合的步骤。

9.如权利要求8所述的自适应流速变化的电荷感应在线粉尘检测方法，其特征在于，步骤A包括：

对第一交流信号测量电路、第二交流信号测量电路产生的信号数据进行交相关运算得到N个数据点的交相关系数，在从第0个到第N/2个交相关系数中查找最大相关系数，其位置为n，结合第一交流信号测量电路和第二交流信号测量电路的采样频率计算湍流特征信号，经第二探头和第三探头的延迟，利用第二探头和第三探头之间的距离计算湍流特征涡旋地流速；在相对稳定的流场中，湍流特征涡旋的移动速度即为气体整体流速，从而得到管道中的气体流速。

10.如权利要求8所述的自适应流速变化的电荷感应在线粉尘检测方法，其特征在于，步骤B包括：

B1、利用选择电路根据现场条件进行选择，然后经由计算模块利用得到的气体流速对直流信号测量电路所得的直流信号，或对第一交流信号测量电路、第二交流信号测量电路所得的交流信号进行修正；

B2、根据修正后信号对粉尘颗粒物的质量流量进行标定的步骤；

B3、最后根据质量流量、流速和管道截面积计算粉尘颗粒物浓度。