[发明专利]基于趋势波动分析的电荷感应粉尘测量方法

说明书

基于趋势波动分析的电荷感应粉尘测量方法，解决煤矿粉尘浓度监测中，具有较高的测量精度及较强的抗干扰能力，获得较高精度的粉尘浓度测量。本发明基于趋势波动分析的电荷感应原量对粉尘浓度进行测量。首先，通过粉尘浓度传感探头获得的序列x(t)，计算其累积离差y(t)，对y(t)分别进行等长分割；然后，对每个区间所包含的S个数据进行一阶线性拟合，计算每个区间滤去趋势后的均方差；最后，对所有等长度区间求均值并开方，对数据点进行拟合，辅以标定后的系数即可获得对应时刻的粉尘质量浓度。

所属技术领域

本发明涉及粉尘测量方法，特别是煤矿综采、综掘工作面大功率设备负载变化极为频繁，耦合的随机噪声干扰对测量结果影响很大的情况下粉尘测量方法。

背景技术

在粉尘监测方面，经过多年来的研究开发，目前国内外开发生产的各类测尘仪器及采用的测量方法。主要有：传统的取样测量法，黑度法，散射法，光透射法(又称消光法)，MESA法，β射线法，压电振动法，微量震荡天平法等。传统的取样测量法，又称过滤称重法。粉尘取样后，传统的做法是对所取尘样进行过滤后再称重，并用现有的各类粒度分析仪器对所过滤(或分离)的尘样进行粒度分析，以获得尘粒的粒径大小与分布，但是由于现场环境的温度、气流、基础振动等影响，不能将天平装在现场采样器上，否则误差将超出允许范围。虽然目前人们开发了自动取样装置，用以提高取样的自动化程度，提高了取样法测量的实时性，拓宽了它在工业上应用的前景。但是还是难以克服测量称重实时性差等不足。

黑度法是视觉观察煤烟，并将其黑度与林格曼黑度表相比较来确定烟气浓度。这种方法使用简单、方便，操作人员很容易掌握使用。但测量结果容易受诸如测量人员视力、判断力、周围环境等影响，而且很难用于自动在线监测。散射法是通过测量颗粒受光照射后所发出的散射光信号大小来测量被测颗粒的重量浓度，这种仪器的优点是使用方便，操作简单。光散射法可直接得到测量数据，但颗粒物重叠、标准粒子与被测粒子的折射率不同及粒子带有电荷会造成误差，而且结果与颗粒物粒径颜色成分有关，需要重新标定，我国复杂的成煤地质条件导致其精度不高。光透射法(又称消光法)是利用光线通过粉尘介质时由于微粒对光线的散射和吸收，使光强发生衰减的原理来测量粉尘浓度。但是该测尘仪必须经过标定才能使用。而且每使用一个月后都应进行标定，以使误差值不超过15％，而且测量也仅限于较高浓度的粉尘。MESA(Mass Concentration Extinction Size Analyzer)法结合了透射法和压电振动法两种方法。MESA的不足之处在于采用了两套测量装置，因而结构复杂，使用不够方便，而且精度也不高(测量误差可能达到30％)。β射线法通过发射β射线穿过尘粒介质时，由于介质的阻碍会使β射线衰减，因此通过测量β射线的衰减程度即可测量粉尘质量浓度。但基于β射线测量粉尘浓度的仪器中使用了发射性同位素，测量受人员素质和心理作用的影响。由于这种方法中需要用C14放射源，虽然用量很小，但现在国家从安全使用和管理放射源角度出发，已经不推行使用射线法。压电振动法是利用压电材料由于附上尘样介质后质量改变引起压电振动频率改变的原理来测量粉尘浓度，即用石英晶体作传感器来测量，但其表面质量的变化十分敏感，使用一段时间后需要清洁。相比于光吸收法、光散射法、β射线法等监测手段，电荷感应法由于具备测量范围宽、容易维护、适应性强、经久耐用等优点，逐渐成为国际上倍受重视的一种颗粒质量密度在线测量方法。

发明内容

为了克服上述不足，本发明提出了一种基于滑动去趋势波动分析(S-DFA)的电荷感应粉尘测量方法，将其应用到煤矿粉尘浓度监测中，具有较高的测量精度及较强的抗干扰能力。基于去趋势分析的电荷感应粉尘测量方法能够降低煤矿井下环境静电干扰等因素对粉尘的感应静电特性的干扰，获得较高精度的粉尘浓度测量。