集设备4送入计算机5,由计算机5对数据 采集设备4的输出信号进行均方根值处理和频谱分析，并确定信号强度和频谱峰值频率，进 而计算获得大口径稀相流管道中颗粒速度和浓度的分布情况。
[0049] 本发明一种基于蛛网式静电传感器的颗粒速度场的测量方法，采用上述装置进行 测量，具体按照以下步骤实施：
[0050] 步骤1:分别采集上层静电感应电极阵列6和下层静电感应电极阵列7的Μ路静电信 号XdnWPYdn)，然后对采集到的静电信号分别进行均方根值处理得到文(；/；)、:
[0051] (1)
[0052] (2)
[0053] 其中，η为采样点序列，N为静电信号总采样点数，i为第i路信号；
[0054]步骤2:对采集到的静电信号Xi(n)和Yi(n)分别进行傅里叶变换得到FXi(k)、FYi (k)为：
[0055] (3)
[0056] (4)
[0057] 其中，η为采样点序列，N为静电信号总采样点数，k为离散频率变量，i为第i路信 号；
[0058] 步骤3:根据步骤2得到的FXi(k)、FYi(k)的峰值[FXi(k)]max和[FYi(k)] max对应的离 散点数为Kx⑴、Κγ⑴；
[0059] 步骤4:步骤3中得到的离散点数为Kx⑴、Κγ⑴处对应的频率fX( i)、fY( i)为：
[0060] fX(i)=Kx(i) · F (5)
[0061] fY(i)=Ky(i) · F (6)
[0062] 其中，F为频谱分析的频率分辨率；
[0063] 步骤5:上层静电感应电极阵列6的第i根电极all探测的速度vxl为：
[0064] Vxi = ko · fX(i) (7)
[0065] 下层静电感应电极阵列7的第i根电极bl2探测的速度vyl为：
[0066] vyi = ko · fY(i) (8)
[0067] 其中，ko为速度无量纲校正系数，由实验标定确定；
[0068] 步骤6:如图6所示，MXM根电极的蛛网式静电传感器中上层静电感应电极阵列6和 下层静电感应电极阵列7两两相交的交织节点分别为J11、J12、…、J1M、J21、J22、···、 J2M、...、JM1、JM2、...、JMM，
[0069] 假设所有流经蛛网式静电传感器的颗粒带相同电荷，则带电颗粒在交织节点处的 浓度分布为：
[0070]
C9)
[0071] 带电颗粒在交织节点处的速度分布为：
[00721
10)。
【主权项】
1. 一种基于蛛网式静电传感器的颗粒速度场的测量装置，其特征在于，包括依次连接 的蛛网式静电传感器(1)、信号调理电路、数据采集设备(4)、计算机(5); 蛛网式静电传感器（1)包括上层静电感应电极阵列（6)和下层静电感应电极阵列（7)， 上层静电感应电极阵列（6)和下层静电感应电极阵列（7)均镶嵌于绝缘管(9)中，上层静电 感应电极阵列(6)和下层静电感应电极阵列(7)均有一端穿过绝缘管(9)通过单忍屏蔽导线 (8)与信号调理电路连接，绝缘管(9)外壁包裹一层绝缘层，绝缘层的外部紧贴着金属屏蔽 罩(10)。2. 根据权利要求1所述的一种基于蛛网式静电传感器的颗粒速度场的测量装置，其特 征在于，所述信号调理电路为多路信号选择电路(2)与一路放大滤波整流电路(3)串联或者 多路相互并联的放大滤波整流电路(3)。3. 根据权利要求2所述的一种基于蛛网式静电传感器的颗粒速度场的测量装置，其特 征在于，所述上层静电感应电极阵列(6)包括相互平行的M根电极a(ll)，M根电极a(ll)在同 一平面，M根电极a(ll)中相邻的电极a(ll)间距离相同，M根电极a(ll)均通过所述单忍屏蔽 导线(8)与所述信号调理电路连接。4. 根据权利要求3所述的一种基于蛛网式静电传感器的颗粒速度场的测量装置，其特 征在于，所述下层静电感应电极阵列(7)包括相互平行的M根电极b(12)，M根电极b(12)在同 一平面，M根电极b(12)中相邻的电极b(12)间距离相同，电极b(12)均与所述电极a(ll)相互 垂直，M根电极b(12)均通过所述单忍屏蔽导线(8)与所述信号调理电路连接。5. 根据权利要求4所述的一种基于蛛网式静电传感器的颗粒速度场的测量装置，其特 征在于，所述上层静电感应电极阵列(6)所在的平面和所述下层静电感应电极阵列(7)所在 的平面之间的间距取2-10毫米。6. 根据权利要求4所述的一种基于蛛网式静电传感器的颗粒速度场的测量装置，其特 征在于，所述金属屏蔽罩（10)的长度至少大于所述上层静电感应电极阵列(6)所在的平面 和所述下层静电感应电极阵列（7)所在的平面之间的间距，一般取上述间距的4-10倍。7. -种基于蛛网式静电传感器的颗粒速度场的测量方法，其特征在于，采用的测量装 置的具体结构为： 包括依次连接的蛛网式静电传感器(1)、信号调理电路、数据采集设备(4)、计算机巧）； 蛛网式静电传感器（1)包括上层静电感应电极阵列（6)和下层静电感应电极阵列（7)， 上层静电感应电极阵列（6)和下层静电感应电极阵列（7)均镶嵌于绝缘管(9)中，上层静电 感应电极阵列(6)和下层静电感应电极阵列(7)均有一端穿过绝缘管(9)通过单忍屏蔽导线 (8)与信号调理电路连接，绝缘管(9)外壁包裹一层绝缘层，绝缘层的外部紧贴着金属屏蔽 罩(10); 所述上层静电感应电极阵列（6)包括M根电极a(ll)，M根电极a(ll)在同一平面且相互 平行，M根电极a(ll)中相邻的电极a(ll)间距离相同，M根电极a(ll)均通过所述单忍屏蔽导 线(8)与所述信号调理电路连接； 所述下层静电感应电极阵列（7)包括M根电极b(12)，M根电极b(12)在同一平面且相互 平行，M根电极b(12)中相邻的电极b(12)间距离相同，电极b(12)与所述电极a(ll)相互垂 直，M根电极b(12)均通过所述单忍屏蔽导线(8)与所述信号调理电路连接； 具体按照W下步骤实施： 步骤I:分别采集上层静电感应电极阵列(6)和下层静电感应电极阵列(7)的M路静电信 号Xi(n)和Yi(n)，然后对采集到的静电信号分别进行均方根值处理得到方的、H/);其中，n为采样点序列，N为静电信号总采样点数，i为第i路信号； 步骤2:对采集到的静电信号Xi(n)和Yi(n)分别进行傅里叶变换得到FXi化）、FYi化)为：其中，n为采样点序列，N为静电信号总采样点数，k为离散频率变量，功第i路信号； 步骤3:根据步骤2得到的FXi化）、FYi化)的峰值[FXi(k)]max和[FYi化）]max对应的离散点 数为 Kx(i)、KYW; 步骤4:步骤3中得到的离散点数为Kx(i)、Kyw处对应的频率巧(i)、巧(i)为： fX(i)=Kx(i) ? F (5) fY(i)=Ky(i) ? F (6) 其中，F为频谱分析的频率分辨率； 步骤5:上层静电感应电极阵列(6)的第i根电极a(ll)探测的速度Vxi为： Vxi = k〇*fX(i) (7) 下层静电感应电极阵列(7)的第i根电极b(12)探测的速度Vyl为： Vyi = k〇*fY(i) (8) 其中，ko为速度无量纲校正系数，由实验标定确定； 步骤6:MXM根电极的蛛网式静电传感器中上层静电感应电极阵列(6)和下层静电感应 电极阵列（7)两两相交的交织节点分别为J1UJ12、…、J1M、J21、J22、…、J2M、…、JM1、 假设所有流经蛛网式静电传感器的颗粒带相同电荷，则带电颗粒在交织节点处的浓度 分布为：带电颗粒在交织节点处的速度分布为：
【专利摘要】本发明公开了一种基于蛛网式静电传感器的颗粒速度场的测量装置，包括依次连接的蛛网式静电传感器、信号调理电路、数据采集设备、计算机；蛛网式静电传感器包括上层静电感应电极阵列和下层静电感应电极阵列，上层静电感应电极阵列和下层静电感应电极阵列均镶嵌于绝缘管中，上层静电感应电极阵列和下层静电感应电极阵列均有一端穿过绝缘管通过单芯屏蔽导线与信号调理电路连接，绝缘管外壁包裹一层绝缘层，绝缘层的外部紧贴着金属屏蔽罩。本发明还公开利用上述测量装置的测量方法。本发明测量装置结构简单、价格低廉、灵敏度高，由于其被动感应的特性，还有较高的工作速度，可以快速的确定荷电颗粒在流动截面的浓度及其速度分布。
【IPC分类】G01P5/08
【公开号】CN105652033
【申请号】
【发明人】高鹤明, 冯阳博, 邓慧文, 晏克俊, 刘君
【申请人】西安理工大学
【公开日】2016年6月8日
【申请日】2016年3月15日