[发明专利]交流耦合式电荷感应法粉尘浓度监测装置及方法

权利要求书

1.一种交流耦合式电荷感应法粉尘浓度监测装置，包括依次连接的测量探头、模拟信号调理电路、A/D采样电路、数字信号处理模块以及信号传输及控制模块，其特征是：所述测量探头是用于感应粉尘造成的电荷量变化且输出电流信号的异型棒状电极。

2.根据权利要求1所述的交流耦合式电荷感应法粉尘浓度监测装置，其特征是：所述异型棒状电极包括棒状电极头部、电荷感应区以及绝缘保护区，所述绝缘保护区与棒状电极头部固定连接，所述电荷感应区插入至绝缘保护区内从而电荷感应区在轴向方向上露出于绝缘保护区的长度能够调节。

3.根据权利要求2所述的交流耦合式电荷感应法粉尘浓度监测装置，其特征是：所述绝缘保护区的实现方式是涂绝缘漆或覆盖保护套。

4.根据权利要求2所述的交流耦合式电荷感应法粉尘浓度监测装置，其特征是：所述模拟信号调理电路包括I/V转换电路、放大电路、滤波电路以及标准信号处理模块，所述I/V转换电路与棒状电极头部连接，用于将异型棒状电极输出的电流信号转化为电压信号，所述放大电路与I/V转换电路连接，用于将电压信号放大，所述滤波电路与放大电路连接，用于滤除噪声以提取有效交流电压信号，所述标准信号处理模块与滤波电路连接，用于将有效交流电压信号进行放大及阻抗匹配处理成模拟电压信号。

5.根据权利要求4所述的交流耦合式电荷感应法粉尘浓度监测装置，其特征是：所述A/D采样电路用于将标准信号处理模块输出的模拟电压信号转化为数字电压信号。

6.根据权利要求5所述的交流耦合式电荷感应法粉尘浓度监测装置，其特征是：所述数字信号处理模块系通过小波分析法与自适应滤波算法分析提取数字电压信号中与粉尘浓度有关的有效信号。

7.根据权利要求1所述的交流耦合式电荷感应法粉尘浓度监测装置，其特征是：所述信号传输及控制模块包括蓝牙及Wi-Fi传输模块，用于及时将数据通过无线网络进行传输，还包括与单片机进行通讯的SPI模块及串口通讯模块，用于通过单片机或者PC进行控制。

8.一种交流耦合式电荷感应法粉尘浓度监测方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤一，利用异型棒状电极探测粉尘，并输出电流信号；

步骤二：对电流信号进行I/V转换、放大、滤波、阻抗匹配一系列处理，从而转化为有效的模拟电压信号；

步骤三：对模拟电压信号进行A/D采样和转换处理为数字电压信号；

步骤四：通过小波分析方法将测量信号分解为不同频率分量，并根据粉尘交流信号特点，分析信号频率特性；

步骤五：根据噪声频率及幅度特征进行自适应滤波分析，从而提取与粉尘信号有关的特定频率信号；及

步骤六：建立数学模型，求得粉尘的浓度矩阵。

9.根据权利要求8所述的交流耦合式电荷感应法粉尘浓度监测方法，其特征是：所述小波信号分析方法中的将测量信号分解为不同频率信号，如下：

f(w)＝f₁(w₁)+f₂(w₂)+f₃(w₃)+…+f_n(w_n)

其中粉尘信号具有特定频率特性：

f_d(w)＝f_d1(w_d1)+f_d2(w_d2)+f_d3(w_d3)+…+f_dn(w_dn)

10.根据权利要求8所述的交流耦合式电荷感应法粉尘浓度监测方法，其特征是：所述建立数学模型是指：采用多变量回归模型进行粉尘信号建模预测，不同频率测量信号矩阵X与浓度矩阵Y、回归矩阵P以及误差矩阵E之间建模，表示为：

X＝YP+E

通过建模处理获得回归矩阵P，然后根据测量信号可以预测得到粉尘的浓度矩阵Y。