[发明专利]同步获取气固两相流内电容和静电信号的测量装置及方法

权利要求书

1.一种同步获取气固两相流内电容和静电信号的测量装置，包括信号发生器、与信号发生器连接的激励电极、用于获取激励电极作用在两相流上的电信号和颗粒荷电信号的检测电极以及与所述检测电极连接的检测电路，其特征在于：所述检测电路包括信号发生器、电流电压转换模块、用于获取静电信号的第一电路单元和用于获取电容信号的第二电路单元；所述第一电路单元和第二电路单元均与所述检测电极连接；所述第一电路单元包括低通滤波器和信号放大器；所述第二电路单元包括带通滤波器及幅值转换器；所述带通滤波器的中心频率和信号发生器输出信号的频率相同；所述低通滤波器的截止频率f_LP、信号发生器输出信号的频率f与静电信号频率f_q之间满足：10f_q≤f_LP≤f/10。

2.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于：所述信号发生器输出信号的频率，应设置在100kHz～10MHz范围内。

3.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于：所述信号发生器为DDS信号发生器。

4.根据权利要求3所述的测量装置，其特征在于：所述DDS信号发生器输出信号为正弦信号。

5.一种同步获取气固两相流内电容和静电信号的测量方法，其特征在于，采用权利要求1-4任一所述测量装置进行测量，获取电容信号和电压信号的具体步骤为：

S1在激励电极上施加由DDS信号发生器产生的高频交流电压的激励信号V_s，其频率设置在100kHz～10MHz范围内；

S2通过检测电极获取DDS信号发生器作用在气固两相流上的电信号和颗粒荷电信号V_o(t)：

其中：q为颗粒带有的等效电荷Q在检测电极上感应出的电荷量，ω_q为静电信号的角频率，R_f为反馈电阻，C_f为反馈电容，C_x为激励电极和检测电极之间的电容，V_s(t)为DDS信号发生器产生的激励信号，j为虚数单位，ω为DDS信号发生器产生的信号的角频率；

S3从获得的电信号V_o(t)中分别提取静电信号和电容信号：

设置低通滤波器的上限截止频率在10⁴Hz数量级，提取静电信号；

式中，V_E(t)为获得的静电信号，k₁为低通滤波器的增益，k₂为信号放大器的增益；

设置带通滤波器的中心频率和DDS信号发生器输出信号的频率相同，提取电容信号：

式中，k₃为中心频率为f的带通滤波器的增益，A为DDS信号发生器产生的信号的幅值，f为DDS信号发生器产生的信号的频率。

6.根据权利要求5所述的测量方法，其特征在于：获取电容信号和电压信号的具体步骤还包括：

S4判断电容信号是否有效提取：

判断步骤S3提取的静电信号V_E(t)是否在(k₁k₂(k-1)V，k₁k₂(1-k)V)范围内，(-V，V)为电流电压转换模块的输出范围，k为0到1之间的系数；如果在，则提取的电容信号V_c(t)有效；如果提取的静电信号V_E(t)不在(k₁k₂(k-1)V，k₁k₂(1-k)V)范围内，则需要调整电流电压转换模块中的反馈电阻R_f和反馈电容C_f，以降低静电信号的强度，使其输出处于(k₁k₂(k-1)V，k₁k₂(1-k)V)范围内，从而保证电容信号的有效提取。