[发明专利]一种可燃粉尘扩散动态浓度的检测系统及其检测方法

说明书

本发明公开了一种可燃粉尘扩散动态浓度的检测系统及其检测方法。本发明通过粉尘浓度传感器，测量粉尘扩散动态浓度对脉冲超声波的能量衰减，根据脉冲频率的实时响应，建立脉冲超声波与粉尘扩散动态浓度的动态关系，实现粉尘扩散动态浓度的实时检测；本发明的可燃粉尘扩散动态浓度的实时检测是解决粉尘扩散机理、研究粉尘爆炸动态特性参数以及建立粉尘扩散动态浓度预警系统的前提条件；粉尘扩散动态浓度是一种不规则的流动状态，其变量随时间和空间呈非线性变化，用数学建模的方法很难准确地描述粉尘扩散的浓度动态规律；本发明具备客观的应用价值和研究价值。

技术领域

本发明涉及粉尘云团扩散动态检测技术，具体涉及一种可燃粉尘扩散动态浓度的检测系统及检测方法。

背景技术

为了全面准确检测区域内的粉尘扩散动态浓度信息，更好的掌握粉尘扩散动态浓度的状况，防止浓度超标对操作人员身体的危害，以及对于机器设备运转的影响，避免粉尘云团达到一定浓度引发爆炸事故，应及时预报并解决浓度的探测问题，对确保人身安全和提高环境质量发挥及其重要的作用。

对可燃粉尘扩散云团动态浓度的实时检测是解决可燃粉尘扩散机理，建立可燃粉尘扩散动态浓度预警系统的前提条件。但是受到可燃粉尘的扩散环境、粉尘颗粒的不规则、温度等外界扰动因素，针对可燃粉尘的扩散分布的浓度探测还很欠缺。

发明内容

针对可燃粉尘云团扩散浓度的探测问题，本发明提出了一种可燃粉尘扩散动态浓度的检测系统及检测方法，在可燃粉尘的扩散过程中，将其视为粉尘颗粒/空气的气-固两相混合物，采用超声检测，通过测量超声波在可燃粉尘中传播会产生能量衰减，通过检测衰减进而计算粉尘扩散动态浓度的一种算法实现。

本发明的一个目的在于提出一种可燃粉尘扩散动态浓度的检测系统。

本发明的可燃粉尘扩散动态浓度的检测系统包括：粉尘浓度传感器、传感器支撑件、集成处理电路和计算机；其中，粉尘浓度传感器固定在传感器支撑件上，位于粉尘云团中待检测的区域；粉尘浓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；粉尘浓度传感器包括脉冲超声发射换能器和脉冲超声接收换能器，二者之间的距离为L；计算机控制集成处理电路在当前采样时刻向脉冲超声发射换能器发出脉冲电信号，脉冲超声发射换能器接收到脉冲电信号并转换为脉冲超声波，并发送出脉冲超声波；脉冲超声波穿过粉尘传播，脉冲衰减信号被脉冲超声接收换能器接收，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；计算机以脉冲超声波穿过空气作为参考信号，通过穿过粉尘的脉冲衰减信号与穿过空气的参考信号作对比，得到在粉尘中的超声衰减系数，并结合粉尘透射衰减传递函数，实时计算得到粉尘扩散动态浓度。

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浓度传感器；粉尘浓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，放大后输出至脉冲超声发射换能器；脉冲超声发射换能器利用压电效应将脉冲电信号转换成脉冲超声波，穿过粉尘，参考信号或脉冲衰减信号由脉冲超声接收换能器接收，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。

脉冲超声发射换能器和脉冲超声接收换能器之间的距离L为30～50mm。

传感器支撑件采用聚氨酯软材料，避免对超声换能的挤压导致脉冲超声波的畸变。