[发明专利]基于超声的粉尘云团扩散动态湍流动能的检测系统及方法

摘要

本发明公开了一种基于超声的粉尘云团扩散动态湍流动能的检测系统及方法。本发明采用脉冲超声波传感器、传感器支撑件、集成电路、摄像头和计算机；脉冲超声波分别顺流和逆流穿过粉尘云团，通过摄像头采集的图像计算得到粉尘扩散速度与脉冲超声波传感器的法线夹角；计算机根据第一和第二脉冲超声收发换能器接收到脉冲超声波的时间差以及夹角，计算得到粉尘扩散速度，进一步得到平均速度和均方根速度，从而得到粉尘云团湍流动能；本发明通过脉冲超声波传感器，测量扩散粉尘云团在超声波脉冲中的湍流动能，根据脉冲电信号的实时响应，建立脉冲超声波与湍流动能的动态梯度关系，实现粉尘扩散湍流的检测，具备客观的应用价值和研究价值。

主权项

1.一种基于超声的粉尘云团扩散动态湍流动能的检测系统，其特征在于，所述检测系统包括：脉冲超声波传感器、传感器支撑件、集成电路、摄像头和计算机；其中，脉冲超声波传感器固定在传感器支撑件上，位于粉尘云团中待检测的位置；脉冲超声波传感器连接至集成电路；集成电路连接至计算机；脉冲超声波传感器包括第一和第二脉冲超声收发换能器，第一和第二脉冲超声收发换能器同时作为发射器和接收器相对放置，二者之间的距离为L；摄像头固定在传感器支撑件上，正对第一和第二脉冲超声收发换能器之间的区域，摄像头连接计算机；计算机控制集成电路与摄像头同步；摄像头拍摄粉尘云团的扩散动态过程，将图像传输至计算机，计算机分析图像，得到在脉冲超声波传感器处的粉尘云团随时间的颗粒运动轨迹，从而计算得到粉尘扩散速度与第一和第二脉冲超声收发换能器的法线夹角；计算机控制集成电路在当前采样时刻同时向第一和第二脉冲超声收发换能器发出脉冲电信号，第一和第二脉冲超声收发换能器接收到脉冲电信号并转换为脉冲超声波，同时向对方发送出脉冲超声波；脉冲超声波分别顺流和逆流穿过粉尘云团，被第一和第二脉冲超声收发换能器接收，转换为脉冲超声模拟信号后传输至集成电路；集成电路经过滤波放大并转换成超声数字信号处理后，传输至计算机；计算机根据第一和第二脉冲超声收发换能器接收到脉冲超声波的时间差以及粉尘扩散速度与第一和第二脉冲超声收发换能器的法线夹角，计算得到在脉冲超声波传感器处每次采样时刻的粉尘扩散速度，并根据多次采样时刻的粉尘扩散速度得到粉尘扩散平均速度和均方根速度，最终计算得到粉尘云团扩散动态湍流动能。