微电荷颗粒物感应仪器的数字信号处理方法及电路

摘要

本发明公开了一种微电荷颗粒物感应仪器的数字信号处理方法，通过利用微电荷感应原理并对颗粒物的流动进行数字模拟，以获得信号在各种颗粒物流动状态下的特征，并利用该模拟结果和实测的原始信号计算颗粒物的流速、流量及浓度等指标，以提高高采样频率微电荷颗粒物感应仪器的测量范围及精度。一种利用低频原始信号估算颗粒物流量、流速及浓度的方法，能够提高利用低成本、低采样频率电路测量所述颗粒物流量、流速及浓度的准确度。一种多级放大电路，能够在保留足够带宽及信号高增益的同时自动消除测量偏差并保持温度稳定性。一种在浓度告警开关和滤袋泄漏监测仪中设置泄漏告警条件的方法，通过设置泄露告警条件使其适应除尘器的正常运转状况。

主权项

一种利用低采样频率电路计算颗粒物整体流速和流量的方法，其特征在于，该方法的计算过程具体为：首先，建立探头在同一观测时间内所产生的电流ITj的公式： I T j = Σ n = 1 N T j Q Tn Δt = k Δt Σ n = 1 N T j v n 2 ; 其中：QTn为第n个颗粒物撞击探头时的电荷传递量；vn为第n个颗粒物的飞行速度；以及多次连续采样p次得到该电流信号的时间序列ITj（j=0～p‑1），用偏心卡方分布近似表达，得到该电流信号的时间序列概率密度函数fX(x；r,λ)； f X ( x ; r , λ ) = Σ i ∞ e - λ / 2 ( λ / 2 ) i i ! f Y r + 2 i ( x ) , x = I T k · σ v 2 ; 其中： λ = Σ i = 1 r ( μ v , i σ v , i ) 2 = r · ( μ v σ v ) 2 ; Yq为自由度为q的中心卡方分布(Chi Square Distribution)；fYq则为其概率密度函数；r为偏心卡方分布的自由度，近似等于一个采样周期内撞击到探头的颗粒物的数量；μv为流速的均值；σv为流速的标准差；然后，由该概率密度函数fX(x;r,λ)得到所采集信号的均值、方差以及第三中心矩，求解所述均值、方差、第三中心矩可得：第一组公式： μ v 2 = μ 3 ( I T ) 4 k · B 2 ( Mean [ I T ] · μ 3 [ I T ] - Var [ I T ] 2 ) + Var [ I T ] · B ; σ v 2 = 2 Var [ I T ] + 2 · B 4 k · Mean [ I T ] ; r = 4 μ 3 [ I T ] 2 · ( Mean [ I T ] · μ 3 [ I T ] ( 3 · Var [ I T ] - 2 · B ) + 2 · Var [ I T ] 2 ( 2 · B - 2 · Var [ I T ] ) ) ; 其中： B = 2 · Var [ I T ] 2 - Mean [ I T ] · μ 3 [ I T ] ; 或：第二组公式： μ v 2 = μ 3 ( I T ) 4 k · B 2 ( Mean [ I T ] · μ 3 [ I T ] - Var [ I T ] 2 ) + Var [ I T ] · B ; σ v 2 = 2 Var [ I T ] + 2 · B 4 k · Mean [ I T ] ; r = 4 μ 3 [ I T ] 2 · ( Mean [ I T ] · μ 3 [ I T ] ( 3 · Var [ I T ] - 2 · B ) + 2 · Var [ I T ] 2 ( 2 · B - 2 · Var [ I T ] ) ) ; 其中： B = 2 · Var [ I T ] 2 - Mean [ I T ] · μ 3 [ I T ] ; 利用所述两组公式即可计算待求颗粒物在一个采样周期内撞击到探头的颗粒物的数量r、流速μv及流速的标准差σv。