一种基于微波层析成像技术的煤粉流量检测传感器的制作方法

1.本发明涉及煤粉流量检测技术领域，更确切地说，它涉及一种基于微波层析成像技术的煤粉流量检测传感器。


背景技术：

2.国内火力发电厂燃煤机组一般采用直吹式制粉系统，一次风管内送风流速、煤粉管中的煤粉流量及同层各一次风管间流速和煤粉浓度的均匀性是决定炉内燃烧工况稳定以及锅炉燃烧效率的重要因素，锅炉的燃烧工况在很大程度上决定着锅炉设备和整个发电机组运行的安全性和经济性。把控好煤粉的输送流量、建立最佳的一次风与粉煤比将成为减少有害气体产生、防止环境污染的重要举措，同时也能增加燃煤发电锅炉和静电除尘器的效率，提高燃烧效率，并实现燃煤系统闭环控制。
3.传统的工业检测手段通常是对被测物内部单点的测量，而在分布不均匀的多相物质流检测的应用中，单点的测量不能完全的反映被测物的真实情况，且常因为侵入式的安装方式，需要面对更多的设备维护费用和更频繁的维护周期。


技术实现要素：

4.本发明的目的是针对现有技术的不足，提出了一种基于微波层析成像技术的煤粉流量检测传感器。
5.第一方面，提供了一种基于微波层析成像技术的煤粉流量检测传感器，包括：金属电极、sma接口、法兰、ptfe衬底层和金属层；
6.其中，金属层与ptfe衬底层贴合形成管道结构，金属层为管道结构的外壁，ptfe衬底层为管道结构的内壁；所述管道结构通过法兰衔接在煤粉输送管的中段；金属电极紧贴在ptfe衬底层上，并在金属层布置与金属电极对应的sma接口。
7.作为优选，所述管道结构分为两层，每层管道结构的内壁均匀布置呈环状的多个金属电极。
8.作为优选，每个金属电极焊接有一对sma接口用于电极与传感器外部的连接和阻抗匹配；多个sma接口呈环状均匀布置在金属层上。
9.作为优选，金属电极为金属铜片，且涂有绝缘涂层；所述绝缘涂层为陶瓷涂层。
10.作为优选，所述sma接口包括金属外壳、金属探针和ptfe层；所述金属外壳与传感器的金属层由机械螺丝固定在一起；金属外壳和金属探针之间有ptfe层作为绝缘隔离。
11.作为优选，所述管道结构的直径与煤粉输送管的直径匹配。
12.第二方面，提供了一种如第一方面任一所述的基于微波层析成像技术的煤粉流量检测传感器的工作方法，包括：
13.s1、微波信号经调节电路后通过射频同轴线传输到微波流量检测传感器的sma接口；
14.s2、根据微波开关矩阵的选择，分别选择煤粉流量检测传感器的上层和下层中的
任意一个金属电极作为微波信号的发射端和接收端；
15.s3、在煤粉流量检测传感器中，微波信号穿过被测物质的路径开始于发射端连接的金属电极1，终止于接收端的金属电极，并最终通过接收端的sma接口将测量的原始传感数据传输给上位机进行后续数据处理。
16.作为优选，s3中，检测系统将通过燃煤系统正常运作时和停止运作时的实时第一横截面和第二横截面之间测试结果的差值，来实现第一横截面和第二横截面之间煤粉的实时分布图像显示，并计算出煤粉输送管的实时流量质量。
17.本发明的有益效果是：
18.1.本发明采取微波成像的手段可以在不直接接触被测物的情况下，高速获取被测物的状态信息，实时进行测试区域的图像重建，通过数据处理和分析可以取得被测物的更全面的信息，从而更准确地、更直观地反映被测物的流动情况。
19.2.本发明针对电厂对煤炭用量闭环控制的需求，提供的煤粉流量检测传感器采用非侵入式的无损检测方式，不受煤粉和空气的长期冲刷影响，提高测试设备的使用寿命，降低检测成本，可以有效调节控制风和煤粉的输入流量来获得更均匀的管内煤粉分布。
20.3.本发明在实时的针对煤粉流量质量检测的微波断层成像的应用中，满足耐高温性和耐腐蚀性，以及数据可视化和实时反馈性的需求。
附图说明
21.图1为本技术提供的煤粉流量检测传感器的结构示意图；
22.图2为本技术提供的煤粉流量检测传感器的横截面示意图；
23.图3为本技术提供的煤粉流量检测传感器在煤粉输送管中流量检测的示意图；
24.附图标记说明：金属电极1、sma接口2、法兰3、ptfe衬底层4、金属层5、第一横截面6、第二横截面7。
具体实施方式
25.下面结合实施例对本发明做进一步描述。下述实施例的说明只是用于帮助理解本发明。应当指出，对于本技术领域的普通人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
26.实施例1：
27.为了解决常见的煤粉流量检测装置实现精细用煤的技术不足问题，本技术实施例提供了一种基于微波层析成像技术的煤粉流量检测传感器，具有结构紧凑、非侵入式、安全可靠性高、耐高温、耐磨性强、灵活性高等特点，具体的，如图1所示，包括：金属电极1、sma接口2、法兰3、ptfe衬底层4和金属层5；
28.其中，金属层5与ptfe衬底层4贴合形成管道结构，金属层5为管道结构的外壁，ptfe衬底层4为管道结构的内壁；所述管道结构通过法兰3衔接在煤粉输送管的中段；金属电极1紧贴在ptfe衬底层4上，并在金属层5布置与金属电极1对应的sma接口2。
29.比如，如图3所示，整个装置采用非侵入式检测的方式，使用煤粉流量检测传感器替换一段磨煤机到锅炉之间的煤粉输送管，2
×
n个相同的金属电极(一般n选为16)均匀的分布在环状的煤粉流量检测装置的上下两层，一层为n个发射电极，另一层为n个接收电极。
30.具体的，金属电极1是传感器作用的核心单元，主要功能是发射和接收射频信号，煤粉流量检测装置的上下层各均匀分布n个电极，电极与金属外壁的sma信号端口连接。电极尺寸通过仿真计算确定。金属电极1可以为金属铜片，用来防止液体或者灰尘等物质的侵蚀材料，同时有效地防止不同电极之间的短路连接，更优选可以选用陶瓷等耐高温材料，防止煤粉输送管偶尔出现的爆燃现象。金属铜片的两头与sma接口2中心的金属探针焊接在一起。
31.sma接口2主要用于信号和外界的连接，分布在环状煤粉流量检测装置的外圈，一个金属电极1连接两个sma接口，呈上下分布，其中一个与外部的射频信号线连接，另一个外接传输线匹配负载，接口的内芯导体与传感器电极相连，目的主要是为了实现良好的阻抗匹配。sma接口2包括金属外壳、金属探针和ptfe层；中间的金属探针作为高频信号的传播介质；所述金属外壳与传感器的金属层由机械螺丝固定在一起，作为信号地；金属外壳和金属探针之间有ptfe层作为绝缘隔离。
32.法兰3用于连接煤粉输送管和煤粉流量检测传感器。
33.ptfe衬底层4与金属电极1紧贴，主要起到支撑金属电极1并实现良好的阻抗匹配，以保证射频信号的有效传输。其中ptfe衬底层4的厚度通过仿真计算确定。
34.金属层5作为传感器的外壳，起到机械支撑和固定保护的作用，同时作为微波信号的接地层，起到屏蔽噪声信号的功能。
35.实施例2：
36.在实施例1的基础上，本技术实施例2提供了基于微波层析成像技术的煤粉流量检测传感器的工作方法，根据煤粉输送管中煤粉物质与空气的介电常数不同的特性，利用微波层析成像检测管中介电常数分布情况的方法，结合流速建立传感器感应数据与煤粉实时流量的关系，并绘制煤粉在煤粉输送管内的粒子位置分布图像，从而达到图形化直观监测输煤管运行工况的效果。
37.具体的，本技术实施例提供的方法包括：
38.s1、微波信号经调节电路后通过射频同轴线传输到微波流量检测传感器的sma接口2；
39.s2、根据微波开关矩阵的选择，分别选择煤粉流量检测传感器的上层和下层中的任意一个金属电极1作为微波信号的发射端和接收端；
40.s3、在煤粉流量检测传感器中，微波信号穿过被测物质的路径开始于发射端连接的金属电极1，终止于接收端的金属电极1，并最终通过接收端的sma接口2将测量的原始传感数据传输给上位机进行后续数据处理。
41.s3中，如图3所示，煤粉流量检测传感器利用法兰3衔接在煤粉输送管的中段，测量方向与煤粉的运动方向一致，检测系统将通过燃煤系统正常运作时和停止运作时的实时第一横截面6和第二横截面7之间测试结果的差值，来实现第一横截面6和第二横截面7之间煤粉的实时分布图像显示，并计算出煤粉输送管的实时流量质量。
42.此外，微波成像煤粉流量检测传感器在检测过程中将实现微波信号的发射与接收传感器上的电极在开关矩阵的控制下可以自由选择发射与接收状态，主要工作频率为工业、科学和医用频段，无需无线通讯许可证。微波信号收发器所接收的信号强度，在无线通讯中主要功能是用于判断无线链接的质量，而在本发明中的主要作用是判断微波信号在通
过被测物质(煤粉)后引起的衰减。通过sma接口连接射频线以实现微波信号的传输，将采集到的信号传输到上位机后进行数据处理，可以实现非侵入式煤粉流量检测的功能。
43.综上所述，本技术提供的煤粉流量检测传感器呈现与煤粉输送管相同的环状，将直接替代一段煤粉输送管，传感器在煤粉管横截面上均匀分布，利用微波层析成像技术，可有效获取煤粉管中某一被测横截面的物质分布情况，实时、准确地获取煤粉管中煤粉流量数据，为获得理想的风煤比提供数据支撑。

技术特征：
1.一种基于微波层析成像技术的煤粉流量检测传感器，其特征在于，包括：金属电极(1)、sma接口(2)、法兰(3)、ptfe衬底层(4)和金属层(5)；其中，金属层(5)与ptfe衬底层(4)贴合形成管道结构，金属层(5)为管道结构的外壁，ptfe衬底层(4)为管道结构的内壁；所述管道结构通过法兰(3)衔接在煤粉输送管的中段；金属电极(1)紧贴在ptfe衬底层(4)上，并在金属层(5)布置与金属电极(1)对应的sma接口(2)。2.根据权利要求1所述的基于微波层析成像技术的煤粉流量检测传感器，其特征在于，所述管道结构分为两层，每层管道结构的内壁均匀布置呈环状的多个金属电极(1)。3.根据权利要求2所述的基于微波层析成像技术的煤粉流量检测传感器，其特征在于，每个金属电极(1)焊接有一对sma接口用于电极与传感器外部的连接和阻抗匹配；多个sma接口(2)呈环状均匀布置在金属层(5)上。4.根据权利要求3所述的基于微波层析成像技术的煤粉流量检测传感器，其特征在于，金属电极(1)为金属铜片，且涂有绝缘涂层；所述绝缘涂层为陶瓷涂层。5.根据权利要求4所述的基于微波层析成像技术的煤粉流量检测传感器，其特征在于，所述sma接口(2)包括金属外壳、金属探针和ptfe层；所述金属外壳与传感器的金属层由机械螺丝固定在一起；金属外壳和金属探针之间有ptfe层作为绝缘隔离。6.根据权利要求5所述的基于微波层析成像技术的煤粉流量检测传感器，其特征在于，所述管道结构的直径与煤粉输送管的直径匹配。7.一种如权利要求1至6任一所述的基于微波层析成像技术的煤粉流量检测传感器的工作方法，其特征在于，包括：s1、微波信号经调节电路后通过射频同轴线传输到微波流量检测传感器的sma接口(2)；s2、根据微波开关矩阵的选择，分别选择煤粉流量检测传感器的上层和下层中的任意一个金属电极(1)作为微波信号的发射端和接收端；s3、在煤粉流量检测传感器中，微波信号穿过被测物质的路径开始于发射端连接的金属电极(1)，终止于接收端的金属电极(1)，并最终通过接收端的sma接口(2)将测量的原始传感数据传输给上位机进行后续数据处理。8.根据权利要求7所述的基于微波层析成像技术的煤粉流量检测传感器的工作方法，其特征在于，s3中，检测系统将通过燃煤系统正常运作时和停止运作时的实时第一横截面(6)和第二横截面(7)之间测试结果的差值，来实现第一横截面(6)和第二横截面(7)之间煤粉的实时分布图像显示，并计算出煤粉输送管的实时流量质量。

技术总结
本发明涉及一种基于微波层析成像技术的煤粉流量检测传感器，包括金属电极、SMA接口、法兰、PTFE衬底层和金属层；金属层与PTFE衬底层贴合形成管道结构，金属层为管道结构的外壁，PTFE衬底层为管道结构的内壁；所述管道结构通过法兰衔接在煤粉输送管的中段；金属电极紧贴在PTFE衬底层上，并在金属层布置与金属电极对应的SMA接口。本发明的有益效果是：本发明采取微波成像的手段可以在不直接接触被测物的情况下，高速获取被测物的状态信息，实时进行测试区域的图像重建，通过数据处理和分析可以取得被测物的更全面的信息，从而更准确地、更直观地反映被测物的流动情况。更直观地反映被测物的流动情况。更直观地反映被测物的流动情况。


技术研发人员：袁岑颉 徐伟 沙万里 田好雨 高峰
受保护的技术使用者：浙江浙能数字科技有限公司
技术研发日：2023.07.12
技术公布日：2023/10/19