[发明专利]透过率相关频谱法颗粒测量方法及其装置

摘要

本发明公开了一种透过率相关频谱法颗粒测量方法及其装置，其特点是本发明是利用颗粒在窄光束照射下透过率信号的脉动特性，对透过率脉动信号作相关处理，由此得到颗粒的速度、颗粒的粒度分布和颗粒浓度信息。这种方法称为透过率脉动相关频谱法。采用了光信号的动态特性和信号的相关处理。可以测量微米级以上颗粒的粒径分布、浓度和速度。本发明的有益效果是，测量方法和测量装置简单、价廉，可实现在线、实时检测，可实现同时对颗粒粒径分布、浓度和速度进行测试。可用于科学研究、化工能源的生产与过程控制、环境保护、水质检测等涉及颗粒测量的多个领域。

主权项

1.一种透过率相关频谱法颗粒测量方法，其特征在于，方法步骤为：1)在颗粒粒子流通过的空间中，与颗粒流向垂直设置直径为DB，相距为d，入射光强度分别为I1，0和I2，0的二束平行的窄光束；2)用光电探测器测量在时刻t通过受光照射的厚度为L的颗粒测量区的透射光脉动信号I1(t)和I2(t)，并用透射光强度和入射光强度之比：T1(t)＝I1(t)/I1，0和T2(t)＝I2(t)/I2，0表示透过率；3)对上述透过率脉动信号作互相关处理，得到互相关信号Pd，τ为：$P_{d,\tau }=e\left\{T_1\left(t\right)T_2(t+\tau )\right\}=\underset{t_s\to \infty }{\lim }\frac{1}{t_s}{\int }_0^{t_s}{T}_1\left(t\right)T_2(t+\tau )\mathrm{dt}---\left(1\right)$ 改变相关时间τ的大小，得到Pd，τ达到最大值时所对应的τ(记做τmax)并与光束距离d结合可得颗粒速度v＝d/τmax；4)对透过率脉动信号T(t)作自相关处理，用Pτ表示：$P_{\tau }=e\left\{T\left(t\right)T(t+\tau )\right\}=\underset{t_s\to \infty }{\lim }\frac{1}{t_s}{\int }_0^{t_s}T\left(t\right)T(t+\tau )\mathrm{dt}---\left(2\right)$ 与上面一样，τ是相关时间，当τ→0时，T(t)＝T(t+τ)，此时相关值最大，随着相关时间τ的增大，相关性逐渐减弱，对于光束直径为DB、颗粒粒径为DP、颗粒的流速为v的情况，当τ＞(DP+DP)/v时，相关性降为最小；理论上得到T(t)的相关值Pτ是光束直径为DB、颗粒粒径为DP，i、颗粒的流速为v、颗粒体积浓度CV，i、光程L和相关时间τ的函数，$\ln P_{\tau }=-\underset{i}{\Sigma }\frac{1.5L}{D_{P,i}}{C}_{V,i}[2-\Pi (\frac{D_B}{D_{P,i}},\frac{\mathrm{v\tau }}{D_{P,i}})]---\left(3\right)$ 其中特征函数∏描述透过率自相关频谱中包含的颗粒粒度分布信息$\Pi (\Lambda ,\Gamma )=\underset{0}{\overset{\infty }{\int }}{F}_S\left(\Lambda \right)·J_0\left(2\mathrm{u\Gamma }\right)·\frac{2J_1^2\left(u\right)}{u}\mathrm{du}$ Λ＝DB/DP是光束直径与颗粒粒径的比值，Г＝vτ/DP，FS是窄光束在截面上的光强分布因子，适用于圆形高斯光束、圆形均匀光束、矩形光束和多边形光束，对于高斯光束为exp-(uΛ/2)2，对于光强均匀分布的圆形光束为[2J1(uΛ)/uA]2；5)根据公函数式3，改变相关时间τ即可得到透过率自相关频谱，当光束直径为DB、颗粒的流速为v、光程L已知时，从透过率自相关频谱图，得到颗粒的粒径分布信息并由此得到颗粒的浓度信息；当颗粒为单分散系时，从频谱图曲线的转折点结合颗粒系的流速即得到颗粒的粒径，从曲线在纵坐标上的高度得到颗粒的浓度。