[发明专利]球状颗粒流颗粒运动状态的测量装置及方法

说明书

本发明涉及一种球状颗粒流颗粒运动状态的测量装置及方法，该装置包括球状颗粒流容器，在球状颗粒流容器内放置若干球形模拟元件，至少一个球形探测装置，以及上位机，无线充电与读写模块，无线充电与读写模块通过非接触的方式给所述球形探测装置充电，并接收球形探测装置输出的状态参数信号，并将收到的所述状态参数信号输入上位机。通过微处理器控制传感器模块、温度传感器采集相应的状态参数；然后通过微处理器将采集的状态参数一定格式编码并实时的保存于存储模块，待到测量结束后，通过上位机发送读取命令至无线充电与读写模块，开始读取保存于存储模块内的状态参数并对球形探测装置进行无线充电。

技术领域

本发明涉及一种球状颗粒流测量方法和装置，具体涉及一种球状颗粒流运动状态参数的测量方法和装置。

背景技术

球状颗粒流是大量球状颗粒物质在外力作用或内部应力发生变化时产生的类似流体的运动状态。球状颗粒流的范围很广，化肥的堆积、糖果的堆积、沙丘的演化、高温气冷堆堆芯等都是球状颗粒流的例子。在球状颗粒流颗粒运动状态的测量中，为了不影响球状颗粒流模拟装置内的球场和球形模拟元件的运动轨迹，很难将现有的传感器直接固定在球形模拟元件表面的测量方式来实现球状颗粒流模拟系统内颗粒的状态参数的测量。

特别地，在解决反应堆堆芯测量问题上，清华大学核能与新能源研究院提出了一种由反应堆堆芯外的探测器监测内功率分布的方法。即：通过探测器空间响应函数，建立堆内功率分布与堆芯外探测器读书的线性映射关系，从而把堆内功率分布的变化规律转化为探测器读数本身的变化规律。但该方法过多依赖计算和建模的正确性，不能直接地、实时地测量反应堆模拟系统内的状态参数。中国科学院上海应用物理研究所设计了一种无线探测装置（专利申请号：201310727919.6），该装置通过采集各传感器的数据得到反应堆堆芯的状态参数，但是其最长工作时间为4小时，功耗较高。在测量过程中，该装置可能出现无线断流等问题。测量过后，需拆卸探测装置对聚合物电池进行充电，固不能长时间采集反应堆堆芯的状态参数，除此之外，该装置不能测量所处环境的磁场强度与方向。

发明内容

针对上述现有技术中的不足，本发明提供一种球状颗粒流颗粒运动状态的测量装置及方法，以在不影响球状颗粒流模拟装置内的球场和球形模拟元件的运动轨迹的前提下，实现对球状颗粒流颗粒间状态参数的实时、直接、连续的测量并存储。

为了实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：

一种球状颗粒流颗粒运动状态的测量装置，包括一球状颗粒流容器，若干放置在所述球状颗粒流容器内的球形模拟元件，至少一个与球形模拟元件设计参数相同的球形探测装置，且该球形探测装置放置于球形模拟元件的流堆中，以及上位机 ，无线充电与读写模块，无线充电与读写模块通过非接触的方式给所述球形探测装置充电，并接收球形探测装置输出的状态参数信号，并将收到的所述状态参数信号输入上位机。

所述球形探测装置包括一个球形外壳、一个放置在所述球形外壳内的数据采集与存储模块、无线充电与收发模块以及所述球形外壳与所述数据采集与存储模块、无线充电与收发模块之间的填充物；所述数据采集与存储模块包括用于采集所述球形探测装置状态参数的传感器模块、用于采集温度的温度传感器；用于存储状态参数数据的存储模块、无线充电与收发模块、微处理器，所述微处理器接收所述传感器模块采集的球形探测装置的状态参数数据，并将状态参数数据以一定格式编码后保存于存储模块；所述微处理器连接所述无线充电与收发模块，用于对电源进行无线充电并输出编码后的所述状态参数，其中，无线充电与收发模块包括用来感受磁场变化的受电圈与信号处理电路。

所述无线充电与读写模块包括用来引起磁场变化的送电圈、信号处理电路与读写控制模块；无线充电与读写模块通过USB接口或RS232串行接口与上位机连接。

所述传感器模块包括采集所述球形探测装置加速度的加速度传感器、用于采集所述球形探测装置角加速度的角加速度传感器和用于采集所述球形探测装置磁场强度和方向的磁力计。