[发明专利]基于小波分析的电荷感应风速检测

说明书

基于小波分析的电荷感应风速检测，解决超声波式风速传感器探头体积较大，对管道流场干扰较大，测试范围小，差压式和热式风速传感器，但对测试环境有较高要求，反应较慢等问题，采用的技术方案是，固定距离上采用相同的检测方法，获得粉尘经过两个检测点的感应信号，对同一束粉尘云，理论上在两点获得的信号有很好的相关性，通过小波变换扰动量相关性阈值检测算法，获取粉尘经过的时间，来计算风速及风量的大小实现的，优点是不仅可直接准确测量风速、无需标定，而且具有永不堵塞、免维护的特征。能够适应恶劣环境、大管道高流速风速、风量的在线检测。

所属技术领域

本发明涉及风速检测方法，特别是煤矿井下超声波检测原理、机械测速仪风速传感器对环境要求高的情况下风速测量方法。

背景技术

目前煤矿应用的风速传感器主要采用超声波检测原理，风标式也还在便携式测速仪中应用。但超声波式风速传感器探头体积较大，对管道流场干扰较大，测试范围小于30m/s。管道风速的检测采用差压式和热式风速传感器，但对测试环境有较高要求，在井下易被污染，而且热式传感器反应较慢，长期使用会产生温漂,在矿井管道风速检测中，采用压差式、超声波及热式风速计，对环境要求高，对流场影响大。风速、烟气流速测量是工业自动化过程中的重要参数。风速测量装置是工业自动化过程控制的重要设备。

目前广泛应用在工业上的风速、风量测量装置，例如皮托管、威力巴、靠背笛形管、文丘里、多喉劲、机翼装置等，都是采用P测量方法即全压测量管和静压测量管形式，用差压变送器一端连接全压感压管、另一端连接静压感压管，通过测量全压和静压之间的差压来测量流速的。

由于感压管末端必需连接差压变送器感压，感压管易堵塞，尤其在含尘气流测量中极易堵塞，维护量大，给测量造成困难。

发明内容

为了克服上述弊端，本发明提出利用电荷感应技术和相关原理，基于小波分析的电荷感应风速检测方法，不仅可直接准确测量风速、无需标定，而且具有永不堵塞、免维护的特征。能够适应恶劣环境、大管道高流速风速、风量的在线检测。

在固定距离上采用相同的小波扰动量检测方法，获得粉尘经过两个检测点的感应信号，获取粉尘经过的时间，来计算风速及风量的大小。

当管道中的煤粉介质流经过电荷感应传感器时，传感器所接收到的电荷信号有介质对探头的撞击电荷、摩擦电荷和感应电荷。但是由于安装在管道上传感器的表面积相对于管道面积非常小，大部分接收到的电荷信号来自于感应电荷。感应电荷信号的强度与煤粉浓度和流速有关。如下式所示，电荷信号强度是煤粉浓度和风粉流速的二元函数，它既受煤粉浓度大小的影响，也受风粉流速变化的影响。

E＝f(N,V)

其中：

E-电荷感应信号强度

N-煤粉浓度

V-风粉流速

交流电荷感应式煤粉浓度测量装置采用交流电荷耦合技术，是测量一次风粉流经探头时的感应电荷围绕电荷平均值的交流扰动量，作为煤粉浓度和流速测量的基础信号。在交流耦合技术中，感应电荷的正负平均值被滤除，然后系统探测剩余扰动信号的电场、波峰值、均方根值、以及其他各种混合变化。以上数值中，均方根值能准确反映信号的标准偏移。煤粉浓度越高和流速越大，信号的标准偏移就越大，所以交流耦合技术以监测电荷信号的标准偏移来确定交流信号的扰动量，并以即时扰动量的大小来确定煤粉瞬时总量。电荷信号的标准偏移与煤粉的瞬时总量有准确的线性关系，再用同一时刻、同一测点测得的的一次风瞬时流速除以电荷信号的标准偏移量，来获得稳定的煤粉浓度。

如下式所示：煤粉浓度＝煤粉总量/(流速*管道截面积)

便可以准确地测得一次风管中煤粉的相对浓度值，在现场通过总量标定法标定后得到煤粉浓度的绝对值。所有的浓度测量设备，都需要安装后进行现场标定。