[发明专利]基于太赫兹发射与探测装置的气固两相流颗粒浓度的检测装置及方法

权利要求书

1.一种基于太赫兹发射与探测装置的气固两相流颗粒浓度检测装置，其特征在于具有测量管(21)，测量管(21)设置在待测管道(20)两侧，在待测管道(20)两侧的测量管(21)上对称设有第一石英玻璃保护镜片(10)、第二石英玻璃保护镜片(13)、第一吹气法兰(11)、第二吹气法兰(12)、第一离轴抛物面镜(9)、第二离轴抛物面镜(14)，在测量管的发射端设有光电导天线型太赫兹发射器(8)，光电导天线型太赫兹发射器(8)一端与高频功率放大器(17)、锁相放大器(16)、电脑(18)相连接，光电导天线型太赫兹发射器(8)另一端与光纤分束器(2)的输出光纤(19)相连接，光纤分束器(2)与飞秒激光器(1)相连接，在测量管(21)的接收端设有太赫兹探测器(15)，太赫兹探测器(15)一端与锁相放大器(16)、电脑(18)相连接，太赫兹探测器(15)另一端与第二光纤耦合器(4)的输出光纤(19)相连接，第一光纤耦合器(3)通过光纤(19)与光纤分束器(2)相连接，第一光纤耦合器(3)的出射光线被第一平面反射镜(6)和第二平面反射镜(7)反射后耦合进入第二光纤耦合器(4)。

2.根据权利1所述的基于太赫兹发射与探测装置的气固两相流颗粒浓度检测装置其特征在于，所述太赫兹探测器(15)包括高阻硅超半球透镜(22)与GaAs半导体基底(23)连接，金属偶极天线(24)在GaAs半导体基底(23)上，金属偶极天线(24)由电极导线(29)与锁相放大器(16)相连，光纤聚焦镜(28)将光纤(19)中的飞秒激光光束聚焦到金属偶极天线(24)的中心位置。光纤聚焦透镜(28)包括透镜(25)、聚焦调整环(26)、光纤适配器(27)。

3.一种基于太赫兹发射与探测装置的气固两相流颗粒浓度检测方法，其特征在于包括如下步骤：

1)当测量得到的太赫兹时域信号相对原始信号衰减较弱时，利用基于辐射强度衰减的模型计算气固两相流颗粒浓度，首先对测量得到的太赫兹时域波形进行快速傅里叶变换分解，然后选取波长λ₁和λ₂的强度分量I₁和I₂，然后利用强度分量I₁和I₂的值计算出气固两相流颗粒的浓度为：

n=L1σ1-σ2lnI01I2I02I1]]>

其中：

L——太赫兹波通过管道截面弦线上的距离

σ₁——波长为λ₁的颗粒的消光系数

σ₂——波长为λ₂的颗粒的消光系数

I₀₁——波长为λ₁的太赫兹波分量的原始强度

I₀₂——波长为λ₂的太赫兹波分量的原始强度

2)当测量得到的太赫兹时域信号相对原始信号衰减较强时，利用基于相位延迟的模型计算气固两相流颗粒浓度，颗粒的浓度与相位的延迟近似成线性关系：n＝Aτ₀，其中A在颗粒浓度较大的时候近似为常数。