一种采用微波多普勒探测原理的测堵方法、装置和用途与流程

本发明涉及物料输送测堵的技术领域，具体涉及一种采用微波多普勒探测原理的测堵方法、装置和用途。

背景技术：

化工、钢铁、煤电等工业生产中，通常采用气力通过管道向反应容器或生产反应装置输运颗粒状、块状或粉状的原料或燃料等固体物质，也经常采用同样的方式将生产反应装置生产出来的产品输运到后续工艺处理环节。在此过程中，经常发生输送的固体物料堵塞管道的故障。如果不能实时监测管道内固体物质的流动状态，等到管道被严严实实堵塞后再去进行疏通，疏通难度、成本就会剧烈增加，导致生产停滞，损失巨大。

因此，需要一种可靠的实时在线监测手段，在管道堵塞初期立即发出报警，以便启动管道疏通流程。这样就能确保生产持续进行，避免管道堵塞、生产停滞导致的经济损失。

CN 101020934公开了一种喷煤管道测堵方法，它通过安装在管道上的测温元件测量管道内的温度，并经连接线路输入控制计算机，判断管道是否堵塞。该测堵方法需要持续加热测温元件，并通过煤粉流过干扰测温元件的温度情况来判断堵塞状况，因此存在耗能多、煤粉温度对测温元件干扰大的问题。该方法不是较佳的测堵方法，也不能推广到其他物料输送的测堵中。

相较而言，基于微波多普勒探测原理的管道内物质流动态在线监测技术是现存的最受欢迎的技术。该技术采用非接触式测量方式。其在管道一侧开孔，安装一个集成了微波发射器和微波接收器一体的微波探头。该探头持续不断的发射微波，并接收管道内固体物质反射回来的微波信号。当管道没有堵塞时，管道内的物质持续不断的向前流动，投射到管道内固体物质上的微波会发生频率移动，就产生微波多普勒效应。依据这种多普勒效应，根据反射回来的微波信号的频率与发射的微波信号的频率偏差，就可以计算出管道内固体物质的运动速度，当速度低于一定经验值后，就可以判断管道内发生了堵塞状况。

然而，工业管道通常采用金属材质，对微波具有强烈的反射作用。当管道内固体物料的密度较小时，发射器发出的微波通常会到达管道的另一侧壁，并在另一侧壁发生反射，反射后的微波到达接收器或在管道侧壁来回反射后到达接收器，并被接收器错误的当作是被测固体物质反射回来的微波进行解析，成为一种影响测量可信度和精度的干扰源，最终导致对管道堵塞状况的一种错误报警。因此，现有基于微波多谱勒效应的管道测堵仪器，由于微波信号被管道侧壁多次反射，形成干扰源，存在测量准确度低以及导致对管道堵塞状况错误报警的问题。

技术实现要素：

本发明提供一种采用微波多普勒探测原理的测堵方法，包括在物料输送的途经区域设置的微波探头，所述微波探头包括微波发射器和微波接收器，其特征在于：在微波探头微波辐射的范围内，对微波所能到达的部分或全部的壁面设置微波吸收材料。

本发明在线监测物料输送状态的测堵方法可绝大部分地或全部地消除反射微波形成的干扰，从而提升测量准确度，极大降低管道堵塞状况的误报警率。

本发明还涉及所述的测堵方法在化工、钢铁或煤电工业物料输送的测堵中的用途。

本发明还涉及根据所述的测堵方法设置的测堵装置。

本发明还涉及所述的测堵装置在化工、钢铁或煤电工业物料输送的测堵中的用途。

本发明还涉及所述的测堵方法设置的结构单元或装置在输送物料的测速中的用途。

附图说明

图1为本发明一种测堵装置工作的截面示意图；

图2为本发明一种一体式测堵装置的结构示意图。

其中的标号表示以下含义：

1-接口密封元件；

2-测量窗口；

3-集成式微波探头；

4-固体物料反射的微波；

5-输运的固体物料；

6-透过固体物料的微波；

7-管道侧壁；

8-密封外壳；

9-微波吸收材料层；

10-内衬材料层。

具体实施方式

以下通过具体实施方式对本发明作更详细的说明。其中所提及的材料均为市售可得或按照已知的方法可获得的材料。

本发明采用微波多普勒探测原理的测堵方法，包括在物料输送的途经区域设置的微波探头，所述微波探头包括微波发射器和微波接收器，其特征在于：在微波探头微波辐射的范围内，对微波所能到达的部分或全部的壁面设置微波吸收材料。

提升微波多普勒探测原理测堵方法的测量准确度、消除堵塞误报警的关键在于降低或消除金属管道侧壁对微波信号的多次反射。本发明通过在微波探头辐射的范围内，在管道内侧敷设微波吸波材料的方式，吸收掉投射到管道侧壁的微波，使该部分微波在到达金属管道侧壁前绝大部分或全部被微波吸收材料吸收掉，而不会被金属管道侧壁所反射。这样微波探头接收到的微波信号绝大部分是管道内输送的固体物质反射回去的微波，是检测需要的信号，从而从根本上消除了金属管壁多次反射形成的干扰源，进而提升了测量准确度，极大降低了管道堵塞状况的误报警率。

所述微波吸收材料(microwave absorbing material)为已有的现有材料，是一种能吸收微波、电磁能而反射与散射较小的材料，又称雷达吸收材料(radar absorbing material)或雷达隐身材料(radar stealth material)。微波吸收材料按应用可分为涂敷型、贴片型和结构型微波吸收材料，按工作原理可分为干涉型和吸收型微波吸收材料。这些微波吸收材料均可应用于本发明中。根据微波吸收材料的具体类型以及施用的管道或设备结构，所述微波吸收材料可通过贴布、涂布、复合等方式设置到管道或设备的侧壁中或侧壁表面上(包括再覆盖或不覆盖其他材料的形式)，或者通过上述方式敷设到适当的基材上，然后将含有该基材的装置或结构单元整合到管道或设备中。

其中，“微波所能到达的部分或全部的壁面”和类似表述中的“部分”优选为微波辐射到达的主要部分，或密度较大的部分，或强度较强的部分，即能反射微波并对测试造成干扰或较强干扰的那些部分的壁面。本领域技术人员在敷设微波吸收材料时，可根据测算区划出这些区域，并根据所需微波探测的准确度要求决定在多大范围内敷设微波吸收材料。

在具体实施上述测堵方法时，所述微波探头可安装于物料输送途经的管道或设备口内，微波吸收材料可设于所述管道或设备口的内壁；或者，将管道截断或对设备打孔后，用安装有微波探头和设有微波吸收材料的结构单元或装置替换该截断部分或填补开孔。

在一个具体的实施方案中，以微波发射器安装所处的位置为球心，以微波发射器安装所处的管道或设备口的直径为球半径R，对0-4R、优选0-3R范围内部分或全部的内壁敷设微波吸收材料。

在一个具体的实施方案中，在微波吸收材料外设置保护微波吸收材料的内衬材料，该内衬材料为非金属材料。内衬材料可避免微波吸收材料与管道内运动物料的直接接触，可保护微波吸收材料不受磨损和腐蚀。内衬材料本身采用非金属材质，也不会或很少产生反射的微波。

在一个具体的实施方案中，所述微波探头为集成式微波探头。即微波发射器和微波接收器集成于一体，便于安装和维护。

在一个具体的实施方案中，所述物料为颗粒状、块状或粉状的物料。

本发明所述的测堵方法可用在化工、钢铁或煤电工业物料输送的测堵中。

本发明还涉及根据所述的测堵方法设置的测堵装置，所述的测堵装置可用在化工、钢铁或煤电工业物料输送的测堵中。

本发明还涉及所述的测堵方法设置的结构单元或装置在输送物料的测速中的用途。依据微波多普勒效应，根据反射回来的微波信号的频率与发射的微波信号的频率偏差，可以计算出管道内固体物质的运动速度。当根据本发明方法设置的结构单元或装置用于输送物料测速的装置中时，也可以消除或减少不需要的反射微波的干扰，从而获得更高的准确度。

根据上述采用微波多普勒探测原理的测堵方法，本发明还提供一种采用微波多普勒探测原理的测堵装置。该测堵装置包括探测单元和防干扰单元；所述探测单元包括微波探头，所述微波探头包括微波发射器和微波接收器；所述防干扰单元为对微波探头发出的微波所能到达的部分或全部的壁面设置的微波吸收材料层。

在一个具体的实施方案中，所述探测单元和防干扰单元设于物料输送途经的管道或设备口的内壁，构成所述管道或设备口的一部分。

在一个具体的实施方案中，所述测堵装置还包括圆筒体，所述探测单元和防干扰单元设于圆筒体内，其中所述微波吸收材料层设于所述圆筒体部分或全部的侧壁；所述圆筒体的形状与物料输送途经的管道或设备口的形状相适应。

在一个更具体的实施方案中，所述圆筒体的全部侧壁设有所述微波吸收材料层。

在一个更具体的实施方案中，所述圆筒体的高度为其内径的1-4倍，优选1.5-3倍。

在一个具体的实施方案中，所述测堵装置还包括将圆筒体安装至所述管道或设备口的接口密封单元。例如，采用螺栓和垫片或者采用法兰进行连接密封。

在一个具体的实施方案中，在所述微波吸收材料层上设有耐磨损的内衬材料层，所述内衬材料层由非金属材料构成。

在一个具体的实施方案中，所述微波探头为集成式微波探头。

本发明还提供一种采用微波多普勒探测原理的一体式测堵装置，包括：圆筒体；设于圆筒体内的微波探头，所述微波探头包括微波发射器和微波接收器；和，对微波探头发出的微波所能到达的部分或全部的圆筒体壁面设置的微波吸收材料层。

在一个具体的实施方案中，所述圆筒体的全部侧壁设有所述微波吸收材料层。

在一个具体的实施方案中，所述圆筒体的侧壁包括从外向里顺序设置的密封外壳8、微波吸收材料层9和内衬材料层10，所述内衬材料层10由非金属材料构成。所述密封外壳8可起到保护微波吸收材料以及强化整个圆筒体机械性能的作用，可采用包括金属材料在内的已有材料构成。

在一个具体的实施方案中，所述测堵装置还包括将圆筒体安装至物料输送途经的管道或设备口的接口密封元件1。

在一个具体的实施方案中，所述微波探头为集成式微波探头3。

以下结合附图作进一步说明。

图1示出了本发明一种具体的测堵装置工作的截面示意图。其中，集成式微波探头3的微波发射器发出的微波到达管道中输运的固体物料5，固体物料反射的微波4(需要的信号)被微波探头3的微波接收器接收，进而传输并解析；散射或透过固体物料的微波6(如被反射回测量窗口，就会变成干扰源)到达管道侧壁7，然后被敷设的微波吸收材料9吸收，从而阻断了管道侧壁反射的微波对信号的干扰。

图2示出了本发明一种一体式测堵装置的结构示意图。该装置的主体为圆筒体；圆筒体上的测量窗口2安装有微波探头3，用于发射和接收微波；圆筒体的侧壁为三明治结构，由从外向里顺序设置的密封外壳8、微波吸收材料层9和内衬材料层10构成。

在一个具体的实施方案中，该一体式的测堵装置在安装时，需要先将管道截断，以上述敷设有吸波材料的圆筒体替代原有被截断的管道。其中，由于管道内输送的固体物料在运动时不停的摩擦、磨损管壁，如果微波吸收材料层直接接触管道内运动的固体物料，该微波吸收材料层就会很快被磨损掉，因此，在其上增加了一层耐磨损的内衬材料层，该内衬材料层采用非金属材料，以避免对微波产生反射。同时，在微波吸收材料层外，增加了一层外壳，将吸波材料密封在内衬和此外壳之间，以保护吸波材料。这样，内衬、吸波材料和密封外壳形成一个“三明治”结构。另外，为了保证替换后不产生泄露，在原管道截断与该圆筒体接口处可采用适当的方式进行连接密封，如法兰连接密封等，如上图1所示。

本发明的技术方案可从根本上消除微波法管道堵塞测量仪器发出的微波在金属管壁多次反射形成的干扰源，从而提升微波法管道堵塞测量仪器的测量精度，极大降低管道堵塞状况的误报警率。根据统计结果，该技术方案实施后，微波法管道堵塞仪器的误报警率从原来的20％降低到了0.5％。

最后说明的是，以上实施方案仅用以说明本发明的技术方案而非限制。本领域技术人员在不脱离本发明技术方案的宗旨和范围的情况下，对本发明的技术方案进行的修改或者等同替换，均应涵盖在本发明权利要求的范围中。