本发明涉及固体颗粒检测技术领域，特别是涉及基于一种化学链燃烧过程载氧体氧化还原性能预测装置及方法。
背景技术：
随着我国经济和社会的快速发展，常规能源的有限性以及环境问题的日益突出，我国是co2排放大国，其中化石燃料的燃烧是产生co2的主要来源。根据我国现有能源结构，以煤为主的化石燃料在短时间内仍将占据主导地位。传统燃烧方式采用燃料与空气直接接触燃烧，燃烧反应温度高，容易产生nox等污染物。同时，由于燃烧后co2被n2稀释，使得co2的浓度偏低，增加了co2的分离难度。
化学链燃烧技术是一种新型燃烧技术，打破了传统火焰燃烧的燃料化学能释放方式，通过固体金属氧化物(载氧体)的氧化还原过程，将燃料化学能释放过程与co2分离过程整合为一体。在化学链燃烧过程中，载氧体是循环使用的。载氧体的类型繁多，成分复杂，其氧化还原性能是影响化学链燃烧的关键因素，因此快速准确地检测载氧体的氧化还原性能是非常必要的。现有的测量方法主要利用热重分析仪、x射线衍射仪、粒径分析仪和扫描电子显微镜等仪器，存在：设备昂贵，操作复杂，并且耗费时间长，无法实现载氧体特性的快速分析和载氧体性能的进一步优化等明显的缺陷。
因此希望有一种化学链燃烧过程载氧体氧化还原性能预测装置及方法以解决现有技术中存在的问题。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种化学链燃烧过程载氧体氧化还原性能预测装置及方法，该装置将采样获得的化学链燃烧过程不同反应进程的载氧体颗粒样本，利用载氧体氧化还原性能预测装置获得并建立对应反应进程颗粒的磁电阻测量模块输出信号，同时通过离线分析获得表征载氧体颗粒氧化还原性能的参数，基于以上数据建立用于预测载氧体氧化还原性能的神经网络模型。针对待测载氧体颗粒，通过获得磁电阻测量模块输出信号，输入神经网络预测模型即可获得待测载氧体的氧化还原性能的预测结果。
本发明提出一种化学链燃烧过程载氧体氧化还原性能预测装置，其包括：测试容器、磁电阻测量模块、激励线圈、驱动电路、多频激励信号发生器、信号调理电路、数据采集模块和计算机；
所述测试容器呈圆柱体，内部盛放用于采样的载氧体颗粒；
所述磁电阻测量模块由多个磁电阻测量传感器和对应补偿线圈组成，所述磁阻测量模块设置成沿着所述测试容器周向等间隔阵列式分布在所述测试容器的外表面上，每个所述磁电阻测量传感器与所述信号调理电路连接；
所述激励线圈分别设置在所述测试容器的两侧，所述驱动电路分别和所述激励线圈连接；
所述多频激励信号发生器和所述驱动电路连接，为所述激励线圈提供激励信号；
所述信号调理电路和所述多频激励信号发生器分别与所述数据采集模块连接；
所述数据采集模块与所述计算机连接。
优选地，所述磁电阻测量模块是由多个磁阻传感器和对应补偿线圈构成传感器阵列，相邻的所述磁阻传感器间距控制在5mm到20mm之间。
优选地，所述激励线圈由一对缠绕在绝缘圆筒上的多匝线圈组成，以构成helmholtz线圈结构，从而在所述测试容器的空间范围内形成分布均匀的磁场。
优选地，所述多频激励信号发生器能生成100hz到100khz的不同频率的激励信号，经过所述驱动电路放大后驱动所述激励线圈。
优选地，所述信号调理电路将所述磁电阻测量模块微弱的输出信号进行转换、滤波和放大，以便对信号进行采集和处理。
优选地，所述数据采集模块将所得数据上传到计算机，对载氧体氧化还原性能进行下一步的分析和处理。
一种应用于上述化学链燃烧过程载氧体氧化还原性能预测装置的方法，其包括：(1)控制多频激励信号发生器生成激励信号，通过驱动电路放大后驱动激励线圈，对测试容器中的载氧体施加均布磁场；(2)利用磁电阻测量模块获得不同反应进程载氧体颗粒的磁电阻测量模块输出信号，通过信号调理电路对信号进行转换、滤波和放大，通过数据采集模块对信号进行采集，并传递到计算机；(3)通过离线分析获得表征载氧体颗粒氧化还原性能的参数——氧化还原反应速率，为载氧体氧化还原性能预测模型的建立提供训练数据；(4)通过提取磁电阻测量模块输出信号的特征参数，建立基于机器学习算法的预测模型，通过对模型的参数优化，提高模型的预测精度。
本发明的有益效果：
1)该预测装置及方法结构简单，成本低，预测效果好，可实现载氧体颗粒氧化还原性能的实时检测；
2)检测装置是非侵入式测量，仅通过对已知反应进程的载氧体颗粒氧化还原性能数据建立预测模型，即可对载氧体颗粒氧化还原性能进行准确预测。
附图说明
图1为本申请的化学链燃烧过程载氧体氧化还原性能预测装置的结构示意图。
图2为本申请的化学链燃烧过程载氧体氧化还原性能预测装置的磁电阻测量模块截面示意图。
附图标记：1.测试容器；2.载氧体颗粒；3.磁电阻测量模块；4.激励线圈；5.驱动电路；6.多频激励信号发生器；7.信号调理电路；8.数据采集模块；9.计算机
具体实施方式
为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供一种化学链燃烧过程载氧体氧化还原性能预测装置及方法。
在一广泛的实施例中：化学链燃烧过程载氧体氧化还原性能预测装置包括：测试容器、磁电阻测量模块、激励线圈、驱动电路、多频激励信号发生器、信号调理电路、数据采集模块和计算机；所述测试容器呈圆柱体，内部盛放用于采样的载氧体颗粒；所述磁电阻测量模块由多个磁电阻测量传感器和对应补偿线圈组成，所述磁阻测量模块设置成沿着所述测试容器周向等间隔阵列式分布在所述测试容器的外表面上，每个所述磁电阻测量传感器与所述信号调理电路连接；所述激励线圈分别设置在所述测试容器的两侧，所述驱动电路分别和所述激励线圈连接；所述多频激励信号发生器和所述驱动电路连接，为所述激励线圈提供激励信号；所述信号调理电路和所述多频激励信号发生器分别与所述数据采集模块连接；所述数据采集模块与所述计算机连接。可实现化学链燃烧过程载氧体氧化还原性能的预测。
下面结合附图1-2对本发明予以说明如下：
如图1所示为载氧体氧化还原性能预测装置原理结构示意图。图中，测试容器1中盛满了采样的载氧体颗粒2，磁电阻测量模块3安装在测试容器1外壁。多频激励信号发生器6通过驱动电路5与激励线圈4连接，驱动激励线圈，生成垂直于磁阻传感器敏感轴的交变磁场。载氧体颗粒由于具有一定的电导率或者磁导率，测试容器1中的载氧体颗粒所引起的电磁场波动由磁电阻测量模块3检测并输送至信号调理电路7进行转换、滤波和放大，并利用数据采集模块8将所得电磁特性数据和多频激励信号发生器6的输出信号进行采集并上传至计算机，实现对载氧体氧化还原性能的预测。
其中磁电阻测量模块由多个磁阻传感器构成传感器阵列，每个磁阻传感器沿着轴向等间隔相互平行地阵列式分布在测试容器外表面(如图2所示)；其中，磁阻传感器的轴向宽度应控制在8mm到15mm之间，相互平行的电极彼此间距应控制在5mm到20mm之间。磁电阻测量模块中磁阻传感器的数目和布置根据检测精度要求和测试容器尺寸相应调整。
如图1所示，多频激励信号发生器与驱动电路连接，驱动电路与激励线圈连接，激励线圈放置在测试容器两侧以产生垂直于磁阻传感器的敏感轴的均匀初始磁场；多频激励信号发生器与数据采集模块连接，以获取原始激励信号；磁电阻测量模块安装在圆柱形测试容器外壁上，磁电阻测量模块与信号调理电路连接，信号调理电路和数据采集模块连接，然后数据采集模块与计算机相连接。
通过对不同反应进程中的载氧体颗粒进行取样，利用离线分析的方法获得不同反应进程下载氧体颗粒的氧化还原性能数据，结合不同反应进程时载氧体颗粒的磁电阻测量模块输出信号，提取特征参数后建立神经网络或支持向量机预测模型。针对氧化还原性能未知的待测载氧体颗粒，通过此装置获得磁电阻测量模块输出信号特征后，输入已建立的神经网络预测模型计算可获得待测载氧体颗粒的氧化还原性能。
在一具体实施案例中，磁电阻测量模块3由8个磁电阻传感器构成传感器阵列，磁电阻测量模块截面示意图如图2所示，8个磁电阻传感器阵列式分布在测试容器1的外壁，其中每个磁电阻传感器由pcb电路板组成，宽度为10mm，长度20mm，两个相邻磁电阻之间的距离为5mm，测试容器尺寸为直径40mm，高50mm的圆柱形玻璃容器。磁电阻测量模块的磁电阻等高度均匀安装在测试容器中间部位。每个磁电阻与一个信号处理电路紧密连接，信号处理电路对磁电阻传感器的输出信号进行放大和滤波，得到放大后的电压信号。
激励线圈4由一对缠绕在绝缘圆筒上的多匝均匀线圈组成，内径为78cm，外径82cm，两线圈之间间距为40cm。激励线圈水平摆放，其轴心位置应与测试容器的轴心在同一直线上。多频激励信号发生器6与驱动电路5连接，驱动电路5与激励线圈4连接。多频激励信号发生器产生100hz到100khz的激励信号，驱动电路根据多频激励信号发生器所产生的激励信号驱动线圈生成垂直于磁电阻传感器敏感轴的均匀磁场。
多频激励信号发生器6和信号调理电路7均与数据采集模块连接，以获得初始激励信号和不同激励频率下磁电阻测量模块测得的输出信号。
通过对不同反应进程中的载氧体颗粒进行取样，利用离线分析的方法，如热重分析仪等获取不同反应进程下载氧体颗粒的氧化还原性能数据——氧化还原反应速率。对不同反应进程下的载氧体颗粒，利用本发明装置，获取不同反应进程下载氧体颗粒的磁电阻测量模块输出信号。对模块输出信号进行特征提取，选取具有代表性的特征参数，如峰值、拐点等等，基于神经网络或支持向量机算法建立预测模型，选用遗传算法对模型参数进行优化，提高模型的预测精度。针对待测的载氧体颗粒，同样利用本装置获取磁电阻测量模块输出信号，提取特征参数后结合预测模型可以得到氧化还原性能的预测值。
最后需要指出的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。