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1、(10)申请公布号 CN 102854099 A (43)申请公布日 2013.01.02 CN 102854099 A *CN102854099A* (21)申请号 201210344561.4 (22)申请日 2012.09.17 G01N 15/02(2006.01) (71)申请人 华北电力大学 地址 102206 北京市昌平区朱辛庄北农路 2 号 (72)发明人 闫勇 孙多 (74)专利代理机构 北京众合诚成知识产权代理 有限公司 11246 代理人 史双元 (54) 发明名称 一种气力输送管道中大粒径颗粒在线自动检 测方法 (57) 摘要 本发明公开属于气固两相流在线测量技术范 围。
2、内的一种气力输送管道中大粒径颗粒在线自动 检测方法。首先将声敏传感器和碰撞传感器集成 在同一传感器系统封装盒内， 并将传感器系统封 装盒安装在气力输送管道的弯管处， 内置的信号 处理板同时对这两路信号进行调理、 采样和处理， 利用声敏传感器和碰撞传感器分别捕捉大粒径颗 粒撞击管道壁所产生的声音和震动， 采用时域分 析和频域分析相结合的方法， 抑制声敏信号和碰 撞信号中包含的环境噪声， 提取大粒径颗粒撞击 管道壁的信号特征， 来达到有效检测大粒径颗粒 的目的。本发明是一种新的且准确可靠的大粒 径颗粒在线自动检测方法， 并且具有低成本， 易安 装， 易维护的特点。 (51)Int.Cl. 权利要求。
3、书 1 页 说明书 3 页 附图 1 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 1 页 说明书 3 页 附图 1 页 1/1 页 2 1. 一种气力输送管道中大粒径颗粒在线自动检测方法， 其特征在于， 利用声敏传感器 和碰撞传感器分别捕捉大粒径颗粒撞击管道壁所产生的声音和震动， 采用时域分析和频域 分析相结合的方法， 抑制声敏信号和碰撞信号中包含的环境噪声， 提取大粒径颗粒撞击管 道壁的信号特征， 来达到有效检测大粒径颗粒的目的 ； 首先将声敏传感器和碰撞传感器集 成在同一传感器系统封装盒内， 内置的信号处理板同时对这两路信号进行调理、 采样和处 理， 并将传。
4、感器系统封装盒安装在气力输送管道的弯管处， 此处大颗粒撞击管道壁最为强 烈， 从而得到更好的信噪比。 2. 根据权利要求 1 所述气力输送管道中大粒径颗粒在线自动检测方法， 其特征在于， 所述传感器系统封装盒采用磁铁的磁力作用吸附安装在被测管道上， 使得传感器系统的安 装简单， 容易。 3. 根据权利要求 1 所述气力输送管道中大粒径颗粒在线自动检测方法， 其特征在于， 所述碰撞传感器安装紧贴在系统封装盒靠被测管道一边的内侧底部， 以起到既可保护传感 器又可获得较高震动灵敏度的作用。 4. 根据权利要求 1 所述气力输送管道中大粒径颗粒在线自动检测方法， 其特征在于， 所述碰撞传感器为压电陶瓷。
5、或者压电薄膜， 以达到长时间连续使用的目的。 5. 根据权利要求 1 所述气力输送管道中大粒径颗粒在线自动检测方法， 其特征在于， 所述时域分析和频域分析相结合的方法中频域分析方法为利用有效颗粒信号与环境噪声 在不同频带的特征， 采用高通滤波器对声音信号和碰撞信号进行预处理， 提高信噪比。 6. 根据权利要求 1 所述气力输送管道中大粒径颗粒在线自动检测方法， 其特征在于， 所述时域分析和频域分析相结合的方法为设立最大噪声幅度阈值和颗粒数目阀值对滤波 后的两路信号进行检测， 若一定时间窗口内任一路信号大于最大噪声幅度阈值的信号峰值 数目大于颗粒数目阀值， 则认为气力输送管道中存在大粒径的颗粒，。
6、 否则， 则认为气力输送 管道中不存在大粒径的颗粒。 7. 一种气力输送管道中大粒径颗粒在线自动检测装置， 其特征在于， 传感器系统封装 盒 （7） 采用磁铁 （3） 吸附安装在气力输送管道 （1） 的管道弯道处， 在传感器系统封装盒 （7） 内， 碰撞传感器 （4） 紧贴在系统封装盒 （7） 靠管道弯道一边的内侧底部， 声敏传感器 （5） 在 碰撞传感器 （4） 附近安装， 信号处理板 （6） 固定在声敏传感器 （5） 和碰撞传感器 （4） 的一个 侧面构成传感器系统 ； 内置的信号处理板同时对声敏传感器 （5） 和碰撞传感器 （4） 的两路 信号进行调理， 采样和处理。 权 利 要 求 书。
7、 CN 102854099 A 2 1/3 页 3 一种气力输送管道中大粒径颗粒在线自动检测方法 技术领域 0001 本发明属于气固两相流在线测量技术范围， 特别涉及一种气力输送管道中大粒径 颗粒在线自动检测方法， 具体说是一种基于声敏和碰撞双传感器的在线自动检测气力输送 管道中大粒径颗粒 （如木屑颗粒燃料） 的装置及方法。 背景技术 0002 近年来， 面对化石能源资源日益枯竭、 环境污染日益严重以及全球气候变暖威胁 增加的状况， 世界各国许多燃煤电厂开始采用煤粉与生物质共烧或生物质燃烧发电技术， 以降低二氧化碳的排放。与煤粉不同， 运输到电厂的生物质燃料通常需要先通过分离器将 小粒径的生物。
8、质粉尘 （几个微米至几十微米） 和大粒径的生物质颗粒 （几个毫米至几十毫 米） 分离。分离出的小粒径粉尘直接作为燃料燃烧， 大粒径颗粒则通过磨粉机研磨成粉尘后 燃烧。然而， 分离器运行往往难以优化控制， 当分离偏离优化运行状态时， 分离后的生物质 小粒径粉尘中会夹杂着大粒径的颗粒。 直接燃烧带有大粒径颗粒的生物质粉尘会造成燃烧 不完全， 燃烧不稳定， 热效率降低， 污染排放增加， 甚至被迫停机， 给电厂造成重大损失。因 此， 对电厂生物质粉尘流体中大颗粒生物质的自动在线检测， 有助于提高锅炉燃烧的安全 性及燃烧效率， 降低污染物排放。 0003 在现有的在线颗粒粒度测量技术中， 比较成熟的有光。
9、学成像法， 但是其存在镜头 易污染， 安装复杂和难维护的缺点。本发明通过声敏和碰撞双传感器实现在线自动检测气 力输送管道中的大粒径颗粒。利用磁铁的磁力作用将传感器装置吸附安装在管道壁上。本 发明结构简单， 成本低， 容易维护， 是一种新颖、 可靠且准确的在线自动检测方法。 发明内容 0004 本发明的目的是提供一种气力输送管道中大粒径颗粒在线自动检测方法， 其特征 在于， 利用声敏传感器和碰撞传感器分别捕捉大粒径颗粒撞击管道壁所产生的声音和震 动， 采用时域分析和频域分析相结合的方法， 抑制声敏信号和碰撞信号中包含的环境噪声， 提取大粒径颗粒撞击管道壁的信号特征， 来达到有效检测大粒径颗粒的目。
10、的 ； 首先将声敏 传感器和碰撞传感器集成在同一传感器系统封装盒内， 内置的信号处理板同时对这两路信 号进行调理、 采样和处理， 并将传感器系统封装盒安装在气力输送管道的弯管处， 此处大颗 粒撞击管道壁最为强烈， 从而得到更好的信噪比。 0005 所述传感器系统封装盒采用磁铁的磁力作用吸附安装在被测管道上， 使得传感器 系统的安装简单， 容易。 0006 所述碰撞传感器安装紧贴在系统封装盒靠被测管道一边的内侧底部， 以起到既可 保护传感器又可获得较高震动灵敏度的作用。 0007 所述碰撞传感器为压电陶瓷或者压电薄膜， 以达到长时间连续使用的目的。 0008 所述时域分析和频域分析相结合的方法中。
11、频域分析方法为利用有效颗粒信号与 环境噪声在不同频带的特征， 采用高通滤波器对声音信号和碰撞信号进行预处理， 提高信 说 明 书 CN 102854099 A 3 2/3 页 4 噪比。 0009 所述时域分析和频域分析相结合的方法为设立最大噪声幅度阈值和颗粒数目阀 值对滤波后的两路信号进行检测， 若一定时间窗口内任一路信号大于最大噪声幅度阈值的 信号峰值数目大于颗粒数目阀值， 则认为气力输送管道中存在大粒径的颗粒， 否则， 则认为 气力输送管道中不存在大粒径的颗粒。 0010 本发明的有益效果是提出一种基于声敏和碰撞双传感器的气力输送管道中大粒 径颗粒在线自动检测方法。 该方法采用声敏传感器。
12、和碰撞传感器分别捕捉大粒径颗粒撞击 管道壁所产生的声音和震动， 并利用时频分析提取撞击特征来检测大粒径颗粒。本发明采 用双传感器集成的形式， 两者互补， 提高了检测的灵敏度和可靠性。 本发明与现有方法相比 较， 是一种新的且准确可靠的大粒径颗粒在线自动检测方法， 并且具有低成本， 易安装， 易 维护的特点。 附图说明 0011 图 1 为自动检测装置的原理结构示意图 ； 图中 ： 0012 1、 气力输送管道， 2、 固体颗粒， 3、 磁铁， 4、 碰撞传感器， 5、 声敏传感器， 6、 信号 处理板， 7、 系统封装盒。 0013 图 2 为信号处理板的信号处理流程示意图。 具体实施方式 0。
13、014 本发明提供采用声敏传感器和碰撞传感器相结合的一种气力输送管道中大粒径 颗粒在线自动检测方法。下面结合图 1 对本发明的予以说明 ： 0015 图 1 中， 传感器系统封装盒 7 采用磁铁 3 吸附安装在气力输送管道 （被测管道） 的 管道弯道处， 在传感器系统封装盒 7 内碰撞传感器 4 紧贴在系统封装盒 7 靠管道弯道一边 的内侧底部， 声敏传感器 5 在碰撞传感器 4 附近安装， 信号处理板 6 固定在声敏传感器 5 和 碰撞传感器 4 的一个侧面构成传感器系统。 0016 为得到更好的信噪比， 将传感器系统封装盒7安装在气力输送管道1管道弯道处， 此处， 固体颗粒 2 由于气流的。
14、作用撞击到管道内壁， 造成管道壁的局部震动和音频信号尤 为明显剧烈， 从而得到更好的信噪比。为了便于安装并考虑到工业气力输送管道通常由铁 质材料制成， 系统借助磁铁 3 的磁力作用牢牢吸附于管道外壁上。传感器系统安装简单， 无 需对管道进行改造或借助其它辅助机械装置。声敏传感器 5 用于捕捉颗粒撞击管道内壁所 产生的音频信号。碰撞传感器 4 紧贴安装于传感器系统封装盒 7 靠被测管道一边的内侧底 部， 以获得高的撞击震动感应灵敏度。碰撞传感器对于颗粒撞击管道内壁引起的局部震动 很敏感， 并且不易受到环境噪音影响， 但是其空间探测范围相对较小 ； 而声敏传感器的空间 探测范围相对大， 却容易受到。
15、环境噪音的影响， 因此本发明采用双传感器集成的形式， 两者 互补， 提高了检测的灵敏度和可靠性。 0017 声敏传感器5和碰撞传感器4连接到信号处理板6， 信号处理板6所得到两路传感 器信号的相应信号处理流程主要包括信号调理， 数据采集， 数据处理和检测结果指示 （如图 2 所示） 。首先， 信号调理单元对传感器信号进行模拟放大， 抗混叠滤波。接着， 数据采集单 元对两路调理后的信号同时进行模数转换， 数字采样。然后， 数据处理单元 （微处理器） 利用 说 明 书 CN 102854099 A 4 3/3 页 5 有效颗粒信号与环境信号噪声在不同频带的特征， 采用高通滤波器对信号进行预处理， 提 高信噪比 ； 并设立最大噪声幅度阈值和颗粒数目阀值对滤波后的两路信号进行检测， 若一 定时间窗口内任一路信号大于最大噪声幅度阈值的信号峰值数目大于颗粒数目阀值， 则认 为气力输送管道中存在大粒径的颗粒， 否则， 则认为气力输送管道中不存在大粒径的颗粒。 最后， 检测结果通过 LED/LCD 显示， 并且当检测到存在大粒径的颗粒时系统会及时显示。 说 明 书 CN 102854099 A 5 1/1 页 6 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 102854099 A 6 。