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原文传递一种变截面的粉尘扩散浓度解算系统及超声检测优化方法

专利名称：	一种变截面的粉尘扩散浓度解算系统及超声检测优化方法
摘要：	本发明公开了一种变截面的粉尘扩散浓度解算系统及超声检测优化方法。本发明通过一种变截面粉尘扩散管道的设计，构建差压‑扩散速度的粉尘浓度算法；通过第一和第二压力表采集第一管道和第二管道内的压力p1和p2，实时传输至计算机；通过第一和第二管道的截面面积为A1和A2、第一和第二管道中的粉尘扩散速度v1和v2以及第一和第二管道内的压力p1和p2，实时得到粉尘扩散浓度ρ；并根据超声检测传感器得到衰减系数，进一步修正透射系数；本发明针对气固两相流扩散的速度、压力浓度分布多物理场耦合探测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：	2019-07-01T00:00:00+0800
发布日期：	2019-10-08T00:00:00+0800
申请号：	CN201910585020.2
公开号：	CN110308079A
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：	G01N15/06(2006.01);G;G01;G01N;G01N15
申请人地址：	100081 北京市海淀区中关村南大街5号
主权项：	1.一种变截面管道的粉尘扩散浓度解算系统，其特征在于，所述变截面管道的粉尘扩散浓度解算系统包括：变截面管道、第一和第二压力表、高速摄像机、计算机、集成处理电路和超声检测传感器；其中，变截面管道采用透明的材料，变截面管道包括截面直径不同同轴连接的第一管道和第二管道，二者之间平滑连接，第一管道的截面积为A1，第二管道的截面积为A2；在第一管道和第二管道的内壁分别安装第一和第二压力表；第一和第二压力表分别连接至计算机；在变截面管道外设置高速摄像机，高速摄像机连接至计算机；超声检测传感器设置在变截面管道的内壁上，超声检测传感器包括脉冲超声发射换能器和脉冲超声接收换能器，分别设置在相对的内壁上，二者之间的距离为L；超声检测传感器通过集成处理电路连接至计算机；超声检测传感器感知粉尘扩散的脉冲超声波衰减系数；粉尘在变截面管道中扩散，视为粉尘颗粒和空气的气-固两相混合物作为一个整体的均匀混合物同步运动；高速摄像机透过变截面管道，拍摄粉尘扩散过程的图像，将图像实时传输至计算机，计算机通过图像得到分别在第一和第二管道中的粉尘扩散速度v1和v2；通过第一和第二压力表采集第一管道和第二管道内的压力p1和p2，实时传输至计算机；计算机根据伯努利流体原理和粉尘扩散的连续性进行计算，通过第一和第二管道的截面积A1和A2、第一和第二管道中的粉尘扩散速度v1和v2以及第一管道和第二管道内的压力p1和p2，实时得到粉尘扩散浓度ρ。 2.如权利要求1所述的变截面管道的粉尘扩散浓度解算系统，其特征在于，所述变截面管道采用透明的聚氯乙烯PVC硬管。 3.如权利要求1所述的变截面管道的粉尘扩散浓度解算系统，其特征在于，粉尘扩散浓度ρ：其中，k为粉尘扩散摩擦系数。 4.一种如权利要求1所述的变截面管道的粉尘扩散浓度解算系统的浓度解算方法，其特征在于，所述浓度解算方法包括以下步骤： 1)计算机控制高速摄像机与第一和第二压力表同步； 2)粉尘在变截面管道中扩散，视为粉尘颗粒和空气的气-固两相混合物作为一个整体的均匀混合物同步运动，第一和第二管道的截面积分别为A1和A2； 3)高速摄像机透过变截面管道，拍摄粉尘扩散过程的图像，将图像实时传输至计算机，计算机通过图像得到分别在第一和第二管道中的粉尘扩散速度v1和v2； 4)通过第一和第二压力表采集第一管道和第二管道内的压力p1和p2，实时传输至计算机； 5)计算机根据伯努利流体原理和粉尘扩散的连续性进行计算，通过第一和第二管道的截面积为A1和A2、第一和第二管道中的粉尘扩散速度v1和v2以及第一管道和第二管道内的压力p1和p2，实时得到粉尘扩散浓度ρ：其中，k为粉尘扩散摩擦系数。 5.一种如权利要求1所述的变截面的粉尘扩散浓度解算系统的超声检测优化方法，其特征在于，所述超声检测优化方法包括以下步骤： 1)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；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；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}； 2)计算机控制高速摄像机、第一和第二压力表以及超声检测传感器同步； 3)粉尘在变截面管道中扩散，视为粉尘颗粒和空气的气-固两相混合物作为一个整体的均匀混合物同步运动，第一和第二管道的截面积分别为A1和A2； 4)高速摄像机透过变截面管道，拍摄粉尘扩散过程的图像，将图像实时传输至计算机，计算机通过图像得到分别在第一和第二管道中的粉尘扩散速度v1和v2； 5)通过第一和第二压力表采集第一管道和第二管道内的压力p1和p2，实时传输至计算机； 6)计算机根据伯努利流体原理和粉尘扩散的连续性进行计算，通过第一和第二管道的截面积为A1和A2、第一和第二管道中的粉尘扩散速度v1和v2以及第一管道和第二管道内的压力p1和p2，实时得到粉尘扩散浓度ρ：其中，k为粉尘扩散摩擦系数 7)同时，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，计算机得到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}； 8)根据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}作为参考，得到脉冲超声波衰减系数测量值 9)根据粉尘透射衰减传递函数T满足：并且： Za为空气的声阻抗，Za＝ρaVa，Zd为粉尘的声阻抗，Zd＝ρVd，k1为透射系数，Vd为脉冲超声波透过粉尘颗粒的速度；得到：从而，根据求得的粉尘扩散浓度ρ，得到修正后的透射系数k1。
所属类别：	发明专利