[发明专利]一种声-电复合的粉尘浓度检测系统及检测方法

说明书

本发明公开了一种声‑电复合的粉尘浓度检测系统及其检测方法。本发明采用包括超声传感器和电容传感器的声电一体传感单元分别采集超声信号和电场信号，以及温度传感器和湿度传感器，对超声信号和电场信号进行环境补偿，再通过特征融合算法得到声‑电复合后的多相物颗粒的体积浓度，实现测试性能或测试数据互补，弥补单一方法的测试缺陷，完成复杂测试对象的快速、准确、高效检测；控制处理器对浓度数据的接收也采用中断方式，因此不需要等待时间，实现信号采集和浓度计算的并行实现，提高检测效率。

技术领域

本发明涉及粉尘浓度检测技术，具体涉及一种声-电复合的粉尘浓度检测系统及检测方法。

背景技术

粉尘浓度在爆炸极限范围内，遇到热源后即可引发爆炸现象。粉尘爆炸时，火焰瞬间传播于整个混合粉尘空间，化学反应速度极快，同时释放大量的热，形成很高的温度和很大的压力，具有很强的破坏力，会造成巨大的人员和财产损失。因此采用适当的方式和装置对环境中粉尘浓度进行实时检测，从而在其浓度到达危险阈值前进行预警和处理，是避免灾发生的最有效手段。

目前，粉尘浓度的测量方法主要有光学法、射线法、振荡天平法、黑度法等检测方法。光学法具有非接触检测、检测速度快的优点，但是该方法对于颗粒特性较为敏感，颗粒粒径、形状和颜色都会对检测结果造成影响。射线法无需人工操作，且只对颗粒物的质量敏感，不会受到粒径、颜色等特性影响，但由于采用射线作为检测特征量，对系统精度和安全防护等提出较高要求。振荡天平法存在测试范围小，不能实现在线测量，并受温湿度影响作用大等缺陷。黑度测量方法简单，但测量结果在很大程度上受天气等主观因素及操作者的其他客观因素的影响。由此可见，其单一的测量方法针对某些特殊场合起到了很好的作用，但无法同时满足测量范围、系统体积、精度、扩散速度等技术的需求。

发明内容

针对现有粉尘浓度实时探测实用技术的欠缺，本发明提出一种声-电复合的粉尘浓度检测系统及方法；通过分析优化超声检测方法和电场检测方法的原理，引入多模复合的概念，形成“超声-电场”复合检测系统。

本发明的一个目的在于提出一种声-电复合的粉尘浓度检测系统。

本发明的声-电复合的粉尘浓度检测系统包括：声电一体传感单元、控制处理器、计算处理器、驱动电路、信号处理电路、电源管理电路、温度传感器和湿度传感器；其中，声电一体传感单元包括一套或多套超声传感器和一套或多套电容传感器；控制处理器连接至驱动电路，驱动电路连接至声电一体传感单元；声电一体传感单元连接至信号处理电路；信号处理电路连接至控制处理器；控制处理器还连接至计算处理器；电源管理电路连接至控制处理器；温度传感器和湿度传感器分别连接至计算处理器；控制处理器产生驱动信号至驱动电路，驱动电路对驱动信号进行驱动放大后传输至声电一体传感单元；超声传感器发出超声信号至测量区，经被测多相物吸收后衰减，超声传感器接收衰减后的超声信号，传输至信号处理电路；同时，位于测量区内的被测多相物引起电容传感器的电容值改变，电容信号传输至信号处理电路；信号处理电路对超声信号和电容信号进行放大、整流和滤波后，传输至控制处理器；控制处理器采用轮询方法读取超声信号和电容信号，将超声信号和电容信号分别转换为数字信号，并传输至计算处理器；温度传感器和湿度传感器分别采集温度信号和湿度信号传输至计算处理器；计算处理器根据超声信号得到未修正的超声衰减系数，对未修正的超声衰减系数进行声场-温度环境补偿，得到环境补偿后的超声衰减系数；计算处理器根据电容信号得到未修正的多相物等效介电常数，对未修正的多相物等效介电常数进行电场-湿度环境补偿，得到环境补偿后的多相物等效介电常数，计算处理器基于超声信号解算模型，通过环境补偿后的超声衰减系数得到声学测量结果，并优化基于克劳修斯—莫索提Clausius-mossotti理论的介电常数计算模型，通过环境补偿后的多相物等效介电常数得到电场测量结果，然后通过特征融合算法得到声-电复合后的多相物颗粒的体积浓度，然后将多相物颗粒的体积浓度返回至控制处理器存储输出。