[发明专利]干燥设备的检测方法及其装置

说明书

技术领域

本发明涉及干燥设备的湿度检测，尤其涉及一种干燥设备的检测方法及其装置。

背景技术

干燥是食品、制药等工业中重要的单元操作。干燥的好坏直接影响到产品的性能、形态、质量以及过程能耗等。研究干燥过程的目的就是要控制过程参数(包括干燥时间、进出口温度、风速等)，对物料进行适度干燥，即在到达干燥终点时即停止干燥，以使产品的湿度、质量等指标达到生产的要求。如果到达干燥终点仍继续干燥，则会导致过干燥，物料间由于磨损而产生粉末，从而导致产品质量的下降；而如果未到达干燥终点就停止干燥，则会使产品的湿度过大而不符合生产要求。因此，实现干燥终点的实时在线检测具有重要现实意义和理论价值。

目前干燥终点的检测手段有取样法、温度传感器法、压力脉动法、红外扫描法、双比色皿法、电阻法和电容法等。但是由于它们存在着过程繁琐、离线检测、侵入式、易堵塞、准确度不高等缺点，越来越不适合日益苛刻的工业生产环境，严重制约生产的优化、强化，以及对产品结构和产品质量的调控，尤其是食品和医药行业。近年来，人们逐渐注意到加速度传感器(也称声发射传感器)的特殊作用，都试图在流程工业中以此建立重要物理参量的软测量手段。2000年以后，谢立生、Frank、Indrayani等人先后发表了文章、专利，将声发射技术应用于木头的干燥过程以提高木头干燥的质量；Briens、Vervloet等人将声发射技术应用到了药物干燥过程。

开发合适的检测手段，实现快速、准确、安全、非插入式的干燥终点的在线测量，不仅可以提高优化操作的质量，而且可以促进测量分析技术和化学工程的密切结合。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种干燥设备的检测方法及其装置。

用于监测干燥设备中物料湿度的方法包括以下步骤：

1)接收干燥设备内部颗粒撞击壁面产生的振动信号，并将其放大；

2)利用频谱分析、小波分析以及小波包分析方法对接收到的振动信号进行分析，得到振动信号的频率f、主峰位移Δf、能量E、各小波尺度或小波包尺度内的能量分率E_i、表示声发射信号时间序列在m维空间内的欧式距离的S-统计值、时间t作为特征值，其中i为尺度数；

3)基于各个尺度上的能量分率E_i，选取特征频段，利用多元线性回归方法构建湿度预测模型，以使物料湿度M和能量分率E_i进行定量关联，从而实现物料湿度的实时在线检测；在干燥过程中，随着湿度的减小，振动信号总能量E、小波分析第一尺度上的能量E₁、小波分析第三尺度上的能量E₃、S-统计值的变化都呈现单调性，此外，频谱图上的主峰位置向低频移动Δf，这些单调变化用来确定干燥进行的程度，针对不同工业确定的湿度要求实现干燥终点的预警；

4)根据监测结果，调控干燥过程参数，即干燥时间t、进出口温度、风速，以使物料进行适度干燥，提高产品质量。

所述的干燥设备为对流干燥器或传导传热干燥器，对流干燥器为气流干燥器、喷雾干燥器、旋转快速干燥器、流化床干燥器或流化床喷雾造粒干燥机，传导传热干燥器为耙式干燥器或辊筒干燥器。

所述的振动信号的接收频率范围为0Hz～10MHz。

用于监测干燥设备中物料湿度的装置包括振动信号接收装置、信号放大装置、信号采集装置、信号处理装置和输出显示装置；振动信号接收装置的输出端与信号放大装置的输入端相连，信号放大装置的输出端与信号采集装置的输入端相连，信号采集装置的输出端与信号处理装置的输入端相连，信号处理装置的输出端与显示装置的输入端相连。

所述的信号接收装置为一个或多个振动换能器。所述的振动信号接收装置为声发射传感器、加速度传感器或传声器。所述的振动信号接收装置的输入端与干燥设备壁面紧贴，用于接收干燥设备内部物料撞击壁面产生的振动信号。所述的信号放大装置为一个或多个信号放大器。所述的信号采集装置为一个或多个信号采集卡，信号处理装置为带处理软件的处理器。

本发明与现有的方法相比有如下优点：

1)可根据实际需要的最适湿度设定干燥终点，并利用振动信号变化的单调性或状态比较法实现干燥终点的准确预警；构建的湿度模型的线性相关度达到了0.97以上，因此对于湿度的预测较为准确。

2)利用频谱分析之后的主峰位置来直接判断物料的湿度，主峰位置只与物料的物性有关，而不受物料多寡、信号强弱等其它因素的影响，这使得振动检测技术的应用领域大大拓宽。