[发明专利]一种基于双频超声的粉尘浓度检测系统及检测方法

权利要求书

1.一种基于双频超声的粉尘浓度检测系统，其特征在于，所述检测系统包括：双频超声传感单元、控制处理器、计算处理器、驱动电路、信号处理电路、电源管理电路和温度传感器；其中，所述双频超声传感单元包括一套或多套第一超声换能器和一套或多套第二超声换能器，第一超声换能器的超声频率为f₁，第二超声换能器的超声频率为f₂，且f₁≠f₂；所述控制处理器连接至驱动电路，驱动电路连接至双频超声传感单元，双频超声传感单元连接至信号处理电路；所述信号处理电路连接至控制处理器；所述控制处理器连接至计算处理器；所述电源管理电路连接至控制处理器；所述温度传感器连接至计算处理器；控制处理器产生两个频率不同的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双频超声传感单元；第一超声换能器和第二超声换能器的分别发出超声频率为f₁和f₂的第一和第二超声信号至测量区，经被测多相物吸收后衰减，第一和第二超声换能器分别接收衰减后的第一和第二超声信号，传输至信号处理电路；信号处理电路对第一和第二超声信号进行放大、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第一和第二超声信号，将第一和第二超声信号分别转换为数字信号，并传输至计算处理器；温度传感器采集温度信号传输至计算处理器；计算处理器根据第一和第二超声信号得到未修正的第一和第二超声衰减系数，对未修正的第一和第二超声衰减系数分别进行声场-温度环境补偿，得到环境补偿后的第一和第二超声衰减系数；计算处理器基于超声信号解算模型，通过环境补偿后的第一和第二超声衰减系数分别得到第一和第二声学测量结果，通过特征融合算法得到双频超声复合后的多相物颗粒的体积浓度，将多相物颗粒的体积浓度返回至控制处理器存储输出。

2.如权利要求1所述的检测系统，其特征在于，所述超声换能器包括超声发射换能器和超声接收换能器，二者分别位于测量区的两端，控制处理器产生电压信号并放大后作为驱动信号传输至超声发射换能器，驱动超声发射换能器产生超声波，经测量区由后被测多相物吸收后衰减，衰减后的超声信号由超声接收换能器接收后传输至信号处理电路。

3.如权利要求1所述的检测系统，其特征在于，所述信号处理电路包括依次连接的放大电路、全桥整流电路和滤波电路；依次对超声信号或电容信号进行放大、整流和滤波。

4.一种如权利要求1所述的基于双频超声的粉尘浓度检测系统的检测方法，其特征在于，所述检测方法包括以下步骤：

1)检测系统上电启动之后，控制处理器和计算处理器分别完成系统初始化和系统自检；

2)计算处理器进入中断等待状态；

3)控制处理器产生两个频率不同的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双频超声传感单元；

4)双频超声传感单元采集第一和第二超声信号：

第一超声换能器和第二超声换能器分别发出超声频率为f₁和f₂的第一和第二超声信号至测量区，经被测多相物吸收后衰减，第一和第二超声换能器分别接收衰减后的第一和第二超声信号，传输至信号处理电路；

5)信号处理电路对第一和第二超声信号进行放大滤波后，传输至控制处理器；

6)控制处理器采用轮询方法读取第一和第二超声信号，将第一和第二超声信号分别转换为数字信号后，传输至计算处理器；

7)同时，温度传感器采集温度信号传输至计算处理器；

8)计算处理器接收第一和第二超声信号以及温度信号；

9)计算处理器根据第一和第二超声信号得到未修正的第一和第二超声衰减系数α₀₁和α₀₂，对未修正的第一和第二超声衰减系数分别进行声场-温度环境补偿，得到环境补偿后的第一和第二超声衰减系数α₁和α₂；

10)计算处理器基于超声信号解算模型，通过环境补偿后的第一和第二超声衰减系数分别得到第一和第二声学测量结果；

11)计算处理器通过特征融合算法得到双频超声复合后的多相物颗粒的体积浓度；

12)计算处理器将多相物颗粒的体积浓度返回至控制处理器存储输出。