[发明专利]一种可燃粉尘云团扩散动态爆燃温度的检测系统及其方法

权利要求书

1.一种可燃粉尘云团扩散动态爆燃温度的检测系统，其特征在于，所述检测系统包括：粉尘爆燃温度传感器、温度传导敏感元件、传感器支撑件、集成处理电路和计算机；其中，粉尘爆燃温度传感器固定在传感器支撑件上，温度传导敏感元件设置在粉尘爆燃温度传感器的前端，温度传导敏感元件位于粉尘云团中待检测的区域；温度传导敏感元件为柱状的实心体，并且具有两个垂直于实心体轴线的第一和第二凹槽，凹槽之间的距离为ΔL；粉尘爆燃温度传感器连接至集成处理电路；集成处理电路连接至计算机；粉尘爆燃温度传感器为脉冲超声发射和脉冲超声接收一体式换能器；计算机控制集成处理电路在当前采样时刻向粉尘爆燃温度传感器发出脉冲电信号，粉尘爆燃温度传感器接收到脉冲电信号并转换为脉冲超声波，向温度传导敏感元件发送出脉冲超声波；脉冲超声波沿着温度传导敏感元件传播，并且分别遇到第一凹槽和第二凹槽后返回，分别被粉尘爆燃温度传感器接收，转换为脉冲超声模拟信号后传输至集成处理电路；集成处理电路经过滤波放大并转换成超声数字信号后，传输至计算机；计算机根据从第一凹槽与第二凹槽返回的脉冲超声波的时间差，计算得到超声波脉冲在温度传导敏感元件的速度，计算机根据超声波脉冲在温度传导敏感元件的速度，并结合温度传导敏感元件的材料性质，实时计算得到粉尘云团扩散动态爆燃温度。

2.如权利要求1所述的检测系统，其特征在于，所述集成处理电路包括：电源管理电路、信号发生电路、驱动放大电路、信号放大滤波电路、A/D转换电路、控制处理器和串口通讯接口；其中，控制处理器连接至信号发生电路，信号发生电路连接至驱动放大电路，驱动放大电路连接至粉尘爆燃温度传感器；粉尘爆燃温度传感器连接至信号放大滤波电路，信号放大滤波电路连接至A/D转换电路，A/D转换电路连接至控制处理器，电源管理电路连接至信号发生电路、驱动放大电路、信号放大滤波电路、A/D转换电路和控制处理器，提供工作电压；控制处理器通过串口通讯接口经由串口数据线连接至计算机；控制处理器激励信号发生电路生成脉冲电信号至驱动放大电路，放大后输出至粉尘爆燃温度传感器；粉尘爆燃温度传感器利用压电效应将脉冲电信号转换成脉冲超声波，传输至温度传导敏感元件，分别经过第一和第二凹槽返回后的脉冲超声波由粉尘爆燃温度传感器接收，同样利用压电效应转换成脉冲超声模拟信号传输至信号放大滤波电路，经滤波放大后传输至A/D转换电路；A/D转换电路将脉冲超声模拟信号转换成超声数字信号，最终实时存储至控制处理器，并通过串口通讯接口经串口数据线实时将超声数字信号传送至计算机。

3.如权利要求1所述的检测系统，其特征在于，所述粉尘爆燃温度传感器的直径为14～22mm。

4.如权利要求1所述的检测系统，其特征在于，所述传感器支撑件采用聚氨酯软材料。

5.如权利要求1所述的检测系统，其特征在于，所述温度传导敏感元件采用实心的热的良导体材料。

6.如权利要求5所述的检测系统，其特征在于，所述温度传导敏感元件采用钽、钨和铼中的一种或多种合金。

7.如权利要求1所述的检测系统，其特征在于，所述温度传导敏感元件的长度为80～120mm，直径15～25mm。

8.如权利要求1所述的检测系统，其特征在于，所述第一和第二凹槽的深度为3～5mm。

9.如权利要求1所述的检测系统，其特征在于，所述第一与第二凹槽之间的距离为ΔL为30～50mm。

10.一种如权利要求1所述的可燃粉尘云团扩散动态爆燃温度的检测系统的检测方法，其特征在于，所述检测方法包括以下步骤：

1)计算机控制集成处理电路在当前采样时刻向粉尘爆燃温度传感器发出脉冲电信号，粉尘爆燃温度传感器接收到脉冲电信号，并转换为脉冲超声波，向温度传导敏感元件发送出脉冲超声波；

2)脉冲超声波沿着温度传导敏感元件传播，并且分别遇到第一凹槽和第二凹槽后返回，分别被粉尘爆燃温度传感器接收，转换为脉冲超声模拟信号后传输至集成处理电路；

3)集成处理电路经过滤波放大并转换成超声数字信号后，传输至计算机；

4)计算机得到当前时刻的从第一凹槽与第二凹槽返回的脉冲超声波的时间差Δt；

5)计算机根据时间差ΔT得到当前采样时刻的超声波脉冲在温度传导敏感元件的速度v(T)：

v(T)＝2ΔL/Δt

其中，ΔL为温度传导敏感元件的第一凹槽与第二凹槽之间的距离；

6)计算机根据当前采样时刻的超声波脉冲在温度传导敏感元件的速度v(T)，并结合温度传导敏感元件的弹性模量E(T)和密度ρ(T)，实时计算得到当前采样时刻的粉尘云团扩散动态爆燃温度T：

E(T)＝k_ε1+k_ε2T+k_ε3T²

ρ(T)＝k_ρ1+k_ρ2T+k_ρ3T²

其中，k_ε1、k_ε2和k_ε3分别为温度传导敏感元件的弹性模量系数，k_ρ1、k_ρ2和k_ρ3分别为温度传导敏感元件的密度系数，均由材料本身的性质决定。