[发明专利]基于静电和光电传感器的流化床混合颗粒检测装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于气固多相流参数检测领域，特别涉及一种基于静电和光电传感器 的流化床混合颗粒检测装置及方法。

技术背景

气固流化床由于其良好的两相之间的混合和传质传热能力广泛应用于工业 过程中。在气固流化床中，固体颗粒的流速和浓度分布随着时间和位置的变化差 别很大。由于固体颗粒的流速和浓度分布对特定过程中流化床的性能有很大影 响，因此需要对流化床中固体颗粒的流速和浓度分布进行测量。现有的测量方法 包括图像法，成像法，电容探头，压力测量和声学法，然而以上这些方法都存在 着缺陷。例如，由于固体颗粒的遮挡，图像法很难用于浓相区的测量。电容探头 是点测量方法，很难得到全局测量结果。声学测量结果容易受到环境噪声的影响 等。因此，需要新的测量方法解决气固流化床中固体颗粒流动参数的测量问题。

在气固流化床中，固体颗粒通常不是由单一一种颗粒组成，例如在生物质气 化过程中，由于生物质本身很难流化，通常需要加入惰性颗粒，因此为了对流化 过程进行监测，需要对流化床中混合颗粒的流速和浓度分布进行测量。为了解决 气固流化床中混合颗粒流动参数的测量问题.

发明内容

本发明的目的是提供一种基于静电和光电传感器的流化床混合颗粒检测装置 及方法，其特征在于，所述基于静电和光电传感器的流化床混合颗粒检测装置由 弧形静电传感器、光电激励和检测阵列、光电信号激励模块、光电信号调理模块、 静电信号调理模块、信号特征提取模块和互相关计算模块组成；其中弧形静电传 感器、光电激励和检测阵列分别安装在流化床管道外壁上，弧形静电传感器通过 静电信号调理模块与互相关计算模块连接,以实现速度分布检测；光电激励和检测 阵列与光电信号激励模块和光电信号调理模块连接，光电信号调理模块和信号特 征提取模块连接，以实现浓度分布检测；并在弧形静电传感器和静电信号调理模 块外部安装金属屏蔽罩进行电磁屏蔽。

所述弧形静电传感器由多组金属电极构成，每组包含多个电极，多个电极沿 着轴向相隔一定距离相互平行地阵列式分布在流化床外表面；其中，电极的轴向 宽度应控制在2mm到10mm之间，相互平行的电极彼此间距应控制在10mm到 30mm之间。

所述弧形静电传感器中电极的数目和布置根据检测精度要求和管道尺寸相应 调整。

所述光电激励和检测阵列由一组排列在流化床四周的近红外发光二极管和近 红外探测二极管组成；近红外发光二极管和光电信号激励模块连接，近红外探测 二极管与光电信号调理模块和信号特征提取模块连接。

光电激励和检测阵列按照平行光路分布和、或扇形光路分布；并且发光二极 管和探测二极管的数目根据检测精度要求和管道尺寸相应调整。

光电信号激励模块生成发光二极管的激励信号，并对不同发光二极管的激励 顺序进行控制。

光电和静电信号调理模块将微弱的光电和静电信号进行转换、滤波和放大， 以便对信号进行采集和处理。

一种使用流化床混合颗粒检测装置的混合颗粒检测方法，其特征在于，当带 电的混合颗粒流经过弧形静电传感器的电极感应区域时，电极上感应出与混合颗 粒流动状态相关的感应电荷信号，经过与电极对应的静电信号调理模块转换、滤 波和放大，得到放大后的静电信号。根据混合颗粒中的不同颗粒在流化床流动时 静电信号频率特性的差异，通过信号分解，对上下游不同成分的静电信号进行互 相关计算，得出流化床中混合颗粒的流速分布；对于浓度分布的测量，根据 Bear‐Lambert定律，光线通过测量区域时的衰减特性与颗粒浓度和颗粒的物性相 关；检测时，通过信号特征提取模块对不同发光二极管发出光线通过测量区域后 的衰减情况进行分析，得出流化床中混合颗粒的浓度分布情况。

本发明的有益效果：1)该检测装置及方法结构简单，成本低，灵敏度高，可 实现流化床内混合颗粒流动参数的实时检测；2)检测装置是非侵入式测量，对 流化床内粉体流动阻碍程度小；可以实现流化床内混合颗粒的流速和浓度分布等 多参数的实时检测。

附图说明

图1为基于静电和光电传感器的流化床混合颗粒检测装置结构示意图。

图2为弧形静电传感器截面示意图。

图3为光电激励和检测阵列截面示意图。