[发明专利]微电荷颗粒物感应仪器的数字信号处理方法及电路

说明书

技术领域

本发明涉及微电荷颗粒物感应测量技术，尤其涉及在微电荷颗粒物感应仪器的数字信号处理方法及电路，通过采用该方法及电路利用微电荷感应原理计算气流中粉尘流量密度、颗粒物整体流速和流量等指标。 

背景技术

微电荷颗粒物感应测量技术是一项对粉尘排放进行在线监控、对风动输送管道中固体颗粒物的流量等指标进行测量的实用技术。在工业生产过程中，如何测量和监控气流中颗粒物的浓度及流量的方法和测量仪器一直备受业内人士的关注。在过去的三十年间，随着微电荷颗粒物感应测量技术的逐渐成熟，与其相关的产品日趋完善，越来越多的工程师和生产企业开始将该项技术应用到不同的工业生产领域中，如：对袋式除尘器的袋漏和尾气排放进行监控，能够有效降低工厂向大气中排放固体颗粒物的浓度以及降低滤袋的使用成本；又如：将此技术用于对企业生产过程中需进行流量和流速监控的生产环节进行监控，能够有效提高产品品质和合格率。由于该项技术有着广泛的优点，目前已成为测量固体颗粒物的流动状况的主流方法。 

下面对微电荷颗粒物感应技术的基本原理进行简单介绍：在携带颗粒物的气流中，当颗粒物与探头发生碰撞时，颗粒物和探头之间会发生电荷传递(即摩擦起电)；由于气流中的颗粒物自身带有一定的静电荷，当微粒流经探头附近时，探头上也会产生感应电荷(即静电感应)。 

一粒颗粒物与探头碰撞时，其电荷的转递量不仅取决于颗粒物的物理和化学性质(包括大小、化学组成、介电常数等)还与该颗粒物的流动速度有关。一簇群颗粒物与探头碰撞时，能够在探头上产生微小的电流信号，且该电流信 号的强度与单位时间内碰撞探头的颗粒物的数量成正比。通常在探头附近，颗粒物的分布是不均匀，但同时由于它们的流动速度也在平均速度上下浮动，因此该电流信号的强度也会在某一均值附近上下浮动。该电流信号的统计平均值，即信号的直流部分，与颗粒物的流量成正比；该电流信号与其均值之间的偏离值，即信号的交流部分，也与颗粒物的流量成正比。一粒颗粒物从探头旁经过时，探头感应电荷量的多少不但取决于探头的形状、探头与颗粒物粒子之间的径向距离、而且还取决于颗粒物所带净电量以及颗粒物的轴向速度。如果将颗粒物通过探头所在的管道截面时所带的电荷当作一个脉冲信号，那么由此感应电荷在探头上生成的电流信号则可视为是这个感应系统的脉冲响应。这样，颗粒物便在探头和它周围的空间形成一个信号过滤器，即“空间过滤效应”。当随机分布的颗粒物掠过探头时，得到的感应电流信号便可视为是原始随机信号经过滤后的结果，其中包含了关于颗粒物流动和信号过滤器本身的重要信息。该信号的统计平均值为零；该信号和零之间的偏离值即信号的交流部分，与颗粒物的流量成正比。但是由于“空间过滤效应”的作用，所述感应系统相当于一个带通滤波器，导致低频和高频信号都被大大衰减了。 

另外，流体中的紊流会使颗粒物粉尘的空间和速度分布更复杂，因此会同时影响到因碰撞引起的电流部分和因静电感应引起的电流部分。 

在探头上形成的原始电信号，是所有在探头附近随机分布的颗粒物所产生的感应电流信号与所有与探头随机碰撞的颗粒物所产生的因碰撞引起的电流信号的总和。由于感应电信号和紊流引起的信号的直流部分均为零，测量到的信号的直流部分即为一段时间内碰撞电流信号的平均值。而测量值的交流部分是碰撞电流信号的波动、电感应信号和紊流引起的信号的集合，影响信号的每个因素都很复杂而又不尽相同，例如流速和紊流状况。交流信号的低频部分主要是由碰撞电流信号的波动和紊流引起的信号组成；中频部分主要由碰撞电流信号的波动和感应电流信号组成；高频部分主要是碰撞电流信号的波动。 

信号的直流部分和交流部分均包括了固态颗粒物流动的重要信息。微电荷颗粒物感应测量仪器便是通过对上述电流信号进行监测、处理和分析，从而得 出颗粒物的流量和浓度的。