一種集成式電容-激光測量粉塵濃度的裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于粉塵濃度測量設(shè)備領(lǐng)域，尤其涉及一種集成式電容-激光測量粉塵濃度的裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]氣固兩相流研宄涉及工業(yè)生產(chǎn)過程的各個方面，化工、能源、電力中都有不同程度的粉塵排放，檢測其濃度、粉塵大小對環(huán)境保護有非常重要的指導(dǎo)意義；目前，利用聲學(xué)、光學(xué)與電學(xué)測量原理可以對粉塵濃度進行測量；通過對其濃度進行測量，進而實現(xiàn)過程的優(yōu)化控制，提高生產(chǎn)效率、降低能耗、節(jié)約能源。
[0003]電容層析成像技術(shù)是隨著計算機技術(shù)和檢測技術(shù)的進步發(fā)展起來的新一代參數(shù)檢測技術(shù)，其英文名稱為Electric Capacitance Tomography，簡稱ECT。ECT是傳感器件以電極陣列從外部環(huán)繞流動通道的被測截面，通過掃描的方式依次測定所有電極對之間的電容值。被測截面內(nèi)物質(zhì)分布的變化將造成所測電容值的相應(yīng)變化，ECT則根據(jù)所測的電容值，通過圖像重建的過程重建出被測截面內(nèi)的物質(zhì)分布。
[0004]電容層析成像主要用于工業(yè)管道內(nèi)的多相流檢測，這種技術(shù)可提供常規(guī)儀器無法探測的封閉管道及容器中多相介質(zhì)的濃度、分布、運動狀態(tài)等可視化信息，與其它測量技術(shù)或儀表相配合還可應(yīng)用于多相流總質(zhì)量流量、分相質(zhì)量流量以及流速的實時檢測。
[0005]激光全息技術(shù)主要用于測量粒子的流場，此外，激光全息技術(shù)在微米級和亞微米級的測量方面也有很好的表現(xiàn)。激光全息測量技術(shù)結(jié)合了光學(xué)測量技術(shù)、計算機處理技術(shù)、CCD以及圖像處理技術(shù)，通過對衍射圖像處理，最終測量得到氣固兩相流中粒子濃度；所述裝置是將兩種方法集成為一種基于電容-激光的測量裝置，實現(xiàn)對被測空間中氣固兩相流濃度的測量。
[0006]電容層析成像和激光全息測量，二者都是非介入式測量方式，對于被測空間的內(nèi)部運動都幾乎不造成影響，同時，這兩種檢測方式測量原理不同、互不干擾，特別的，在某些工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域(如發(fā)電廠、變電站)，會存在極強的電磁干擾，電容層析成像測量值將會產(chǎn)生嚴重偏差，在這種情況下，激光測量方法可以彌補了這一不足。因此，將二者綜合運用是一種非常理想的檢測方案。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明目的是提出了一種集成式電容-激光測量粉塵濃度的裝置，其特征在于，該裝置是通過數(shù)據(jù)采集儀器和多路開關(guān)將電容層析成像裝置、激光全息測量裝置和上位機三部分集成在一起；其電容層析成像測量裝置所在的軸線與激光全息測量裝置所在的軸線相互垂直；電容層析成像測量裝置中傳感器陣列緊貼被測通道的外壁，被測通道的開孔管段放在激光全息測量裝置光路上的透鏡組和濾光片之間；激光全息測量裝置與電容層析成像裝置(ECT測量裝置)的輸入端分別連接多路開關(guān)，輸出端分別連接數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，上位機分別連接多路開關(guān)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，組成集成式電容-激光測量粉塵濃度的裝置；其中，圖像分析和濃度分析過程由上位機完成；激光全息測量裝置與電容層析成像裝置因其測量原理不同而互不干擾，兩者均完全不影響通道內(nèi)的所有狀態(tài)。
[0008]所述電容層析成像裝置由電容傳感器陣列、激勵信號、運算放大器、交流放大電路、解調(diào)和濾波電路依次連接組成，電容傳感器陣列是由在被測管道外側(cè)任多個截面上均勻布置電容極板構(gòu)成；當流體流動時，任意的兩極板組成一對電容，管道內(nèi)流動的介質(zhì)在通過電容極板時會產(chǎn)生不同的介電常數(shù)，也因此產(chǎn)生了不同大小的電容值，運用正則化算法對管道的濃度場完成重建，完成對粒子濃度的測定。
[0009]所述激光全息測量裝置由激光器、空間濾波器、透鏡組、開孔管段、濾光片和CCD相機組成；所有元件都處于同一軸線上。
[0010]所述激光全息測量裝置的測量過程是通過激光器發(fā)出一窄束光，經(jīng)過空間濾波器變成均勻的發(fā)散光束，在空間濾波器后面加上透鏡組，對空間濾波器發(fā)出的光進行匯聚；調(diào)節(jié)透鏡組軸向上的位置及光束的大小，使發(fā)出的光變成平行光束射出；然后用CCD相機對有激光照射的管道內(nèi)粒子進行拍攝，得到釆集圖像，之后對拍攝到的圖像進行去噪、去背景及目標識別處理，得到粒子的二維位置，最后通過重建方法確定粒子的軸向位置，獲得了粒子在測量管道內(nèi)的三維空間分布即粒子濃度。
[0011 ] 本發(fā)明的有益效果是解決了在粉塵濃度的檢測中，無法實現(xiàn)在不影響設(shè)備的結(jié)構(gòu)和機械性能的同時，以不干擾流體流動的方式進行管道截面多相分布的測量問題，具有如下特點:
[0012](I)電容層析成像裝置測量氣固兩相流濃度會受到電磁干擾，因而不適于在發(fā)電廠、變電站等存在強電磁的地方進行測量，而激光全息測量裝置則不易受到電磁干擾的影響，可以極大的彌補在電容層析成像不能完成的工況下完成濃度測量。
[0013](2)激光全息測量裝置測量氣固兩相流中粒子濃度時，粒子濃度的大小對濃度的確定會有影響，粒子濃度大會造成拍攝圖像不清晰，各粒子之間重疊嚴重，難以區(qū)分；濃度小會導(dǎo)致所測量的數(shù)據(jù)過少，難以表征整個流場的特性，面對這一問題，電容層析成像則可以滿足測量需要。
[0014](3)電容層析成像裝置對測量精度制約的一個根本問題是信息量的缺乏，這在圖像重建的過程中會出現(xiàn)病態(tài)本質(zhì)，而激光全息測量裝置一次可以得到成百上千個樣本，不會造成信息量的缺乏，提高了測量的精度。
[0015](4)激光全息測量裝置容易求得流場的其他物理量，由于得到的是全場的速度信息，可方便的運用流體運動方程求解諸如壓力場、渦流場等物理信息，而電容層析成像裝置也可以測得除濃度場外例如溫度場，流場等信息，實現(xiàn)同一裝置可以測量不同參數(shù)，節(jié)省資源。
[0016](5)電容層析成像裝置對電容測量要求很高，這在工業(yè)上的應(yīng)用帶來很大困難。此外ECT系統(tǒng)需具有實時性，這就要求流體的流動速度達到每秒數(shù)米或者更高，而且ECT需要長時間的穩(wěn)定工作，為了避免有用信號被漂移信號淹沒，必須使得檢測電路的漂移很低的同時要抑制ECT系統(tǒng)中的大量雜散電容，而激光則可以在一定程度上對其得以補充。
【附圖說明】
[0017]圖1為集成式電容-激光測量粉塵濃度的裝置的系統(tǒng)框圖。
[0018]圖2為整個裝置中電容層析成像裝置部分的結(jié)構(gòu)圖。
[0019]圖3為集成式電容-激光測量粉塵濃度的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]其中，1-激光器；2_空間濾波器；3_透鏡組；4_電容極板；5_測量管道；6-濾光片；7_CCD相機；8_數(shù)據(jù)米集儀器；9_上位機；10_多路開關(guān)；11-激勵?目號；12_運算放大器；13_交流放大電路；14-解調(diào)和濾波電路；
【具體實施方式】
[0021]本發(fā)明目的是提出了一種集成式電容-激光測量粉塵濃度的裝置，下面結(jié)合附圖和實施對本發(fā)明作詳細說明。
[0022]如圖1所示為集成式電容-激光測量粉塵濃度的裝置的系統(tǒng)框圖，圖3所示為集成式電容-激光測量粉塵濃度的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中所示集成式電容-