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原文传递一种可燃粉尘扩散动态浓度的检测系统及其检测方法

专利名称：	一种可燃粉尘扩散动态浓度的检测系统及其检测方法
摘要：	本发明公开了一种可燃粉尘扩散动态浓度的检测系统及其检测方法。本发明通过粉尘浓度传感器，测量粉尘扩散动态浓度对脉冲超声波的能量衰减，根据脉冲频率的实时响应，建立脉冲超声波与粉尘扩散动态浓度的动态关系，实现粉尘扩散动态浓度的实时检测；本发明的可燃粉尘扩散动态浓度的实时检测是解决粉尘扩散机理、研究粉尘爆炸动态特性参数以及建立粉尘扩散动态浓度预警系统的前提条件；粉尘扩散动态浓度是一种不规则的流动状态，其变量随时间和空间呈非线性变化，用数学建模的方法很难准确地描述粉尘扩散的浓度动态规律；本发明具备客观的应用价值和研究价值。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	北京;11
申请人：	北京理工大学
发明人：	娄文忠;付胜华;李楚宝;陈朝辉
专利状态：	有效
申请日期：	2019-06-25T00:00:00+0800
发布日期：	2019-10-01T00:00:00+0800
申请号：	CN201910554279.0
公开号：	CN110296913A
代理机构：	北京万象新悦知识产权代理有限公司
代理人：	王岩
分类号：	G01N13/00(2006.01);G;G01;G01N;G01N13
申请人地址：	100081 北京市海淀区中关村南大街5号
主权项：	1.一种可燃粉尘扩散动态浓度的检测系统，其特征在于，所述检测系统包括：粉尘浓度传感器、传感器支撑件、集成处理电路和计算机；其中，粉尘浓度传感器固定在传感器支撑件上，位于粉尘云团中待检测的区域；粉尘浓度传感器连接至集成处理电路；集成处理电路连接至计算机；粉尘浓度传感器包括脉冲超声发射换能器和脉冲超声接收换能器，二者之间的距离为L；计算机控制集成处理电路在当前采样时刻向脉冲超声发射换能器发出脉冲电信号，脉冲超声发射换能器接收到脉冲电信号并转换为脉冲超声波，并发送出脉冲超声波；脉冲超声波穿过粉尘传播，脉冲衰减信号被脉冲超声接收换能器接收，转换为脉冲超声模拟信号后传输至集成处理电路；集成处理电路经过滤波放大并转换成超声数字信号后，传输至计算机；计算机以脉冲超声波穿过空气作为参考信号，通过穿过粉尘的脉冲衰减信号与穿过空气的参考信号作对比，得到在粉尘中的超声衰减系数，并结合粉尘透射衰减传递函数，实时计算得到粉尘扩散动态浓度。 2.如权利要求1所述的检测系统，其特征在于，所述集成处理电路包括：电源管理电路、信号发生电路、驱动放大电路、信号放大滤波电路、A/D转换电路、控制处理器和串口通讯接口；其中，控制处理器连接至信号发生电路，信号发生电路连接至驱动放大电路，驱动放大电路连接至粉尘浓度传感器；粉尘浓度传感器连接至信号放大滤波电路，信号放大滤波电路连接至A/D转换电路，A/D转换电路连接至控制处理器，电源管理电路连接至信号发生电路、驱动放大电路、信号放大滤波电路、A/D转换电路和控制处理器，提供工作电压；控制处理器通过串口通讯接口经由串口数据线连接至计算机；控制处理器激励信号发生电路生成脉冲电信号至驱动放大电路，放大后输出至脉冲超声发射换能器；脉冲超声发射换能器利用压电效应将脉冲电信号转换成脉冲超声波，穿过粉尘，参考信号或脉冲衰减信号由脉冲超声接收换能器接收，同样利用压电效应转换成脉冲超声模拟信号传输至信号放大滤波电路，经滤波放大后传输至A/D转换电路；A/D转换电路将脉冲超声模拟信号转换成超声数字信号，最终实时存储至控制处理器，并通过串口通讯接口经串口数据线实时将超声数字信号传送至计算机。 3.如权利要求1所述的检测系统，其特征在于，所述脉冲超声发射换能器和脉冲超声接收换能器之间的距离L为30～50mm。 4.如权利要求1所述的检测系统，其特征在于，所述传感器支撑件采用聚氨酯软材料。 5.一种如权利要求1所述的可燃粉尘扩散动态浓度的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)计算机计算机控制集成处理电路向脉冲超声发射换能器发出脉冲电信号，脉冲超声发射换能器接收到脉冲电信号并转换为脉冲超声波，并发送出脉冲超声波； 2)脉冲超声波穿过空气传播，作为参考信号被脉冲超声接收换能器接收，转换为脉冲超声模拟信号后传输至集成处理电路； 3)集成处理电路经过滤波放大并转换成超声数字信号后，传输至计算机，得到脉冲超声波穿过空气的参考信号的响应函数峰值Max{Aa(f)}； 4)计算机控制集成处理电路在当前采样时刻向脉冲超声发射换能器发出脉冲电信号，脉冲超声发射换能器接收到脉冲电信号并转换为脉冲超声波，并发送出脉冲超声波； 5)脉冲超声波穿过粉尘传播，脉冲衰减信号被脉冲超声接收换能器接收，转换为脉冲超声模拟信号后传输至集成处理电路； 6)集成处理电路经过滤波放大并转换成超声数字信号后，传输至计算机，计算机得到当前时刻t的脉冲超声波穿过粉尘的脉冲衰减信号的响应函数峰值Max{Ad(f)(t)}； 7)计算机以脉冲超声波穿过空气的参考信号的响应函数峰值Max{Aa(f)}作为参考，得到当前时刻的脉冲超声波衰减系数测量值其中，L为脉冲超声发射换能器与脉冲超声接收换能器之间的距离； 8)根据当前时刻的脉冲超声波衰减系数测量值计算得到当前时刻的粉尘扩散动态浓度ρd(t)：其中，ρa为空气的密度，Va为脉冲超声波在空气中的速度，Vd为脉冲超声波透过粉尘颗粒的速度，k为透射系数。 6.如权利要求5所述的检测方法，其特征在于，在步骤8)中，Ad(f)(t)与Ad(f)(t)的关系满足： Ad(f)(t)＝T(t)Aa(f) 其中，T(t)为当前时刻的粉尘透射衰减传递函数，Za为空气的声阻抗，Za＝ρaVa，Zd(t)为粉尘的声阻抗，Zd(t)＝ρd(t)Vd，因此得到：从而得到
所属类别：	发明专利