一种颗粒状测量装置及其原位测量方法制造方法及图纸

一种颗粒状测量装置及其原位测量方法，涉及颗粒信息的原位测量方法及装置。该装置将一个或多个传感器、微处理器、系统电源以及通讯设备置于颗粒状外壳内部，该颗粒本身能够感知颗粒自身的运动以及颗粒所在的场信息，这样既可以获得颗粒运动以及相关的信息，也可以获得颗粒某时刻所在的场信息。利用该颗粒状测量装置，可以实现一种原位测量方法，即将该颗粒装置作为研究对象，将其放置在待研究的场中，通过颗粒装置本身感知纪录其运动以及其所在场的相关信息。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种颗粒所在场信息的颗粒状测量方法及装置，特别涉及颗粒信息的原位测量方法及装置，属于微测量器件

技术介绍
颗粒所在的场信息以及颗粒本身的运动测量是一个基本问题，而与之相关的多相流动更是过程工程科学中的基本问题。目前获得颗粒所在的场信息，例如浓度场、温度场、速度场往往是通过外置传感器探头间接获得场的信息。这样外场的引进一方面影响了颗粒的流动以及传递行为，不能够原位的反应颗粒所在场的绝对真实信息。另外一个方面，获得颗粒运动信息目前是通过颗粒以外的外界工具(仪器或设备)对颗粒的运动行为进行间接描述。与之相关的多相流动的表征技术，例如磷光颗粒示踪技术、激光多谱勒测速技术(PDPA)、三维颗粒速度场成像仪(PIV)、超声多普勒速度分析仪、CT技术等一般是通过外界给予一定信号，如激光、X光等与流动体系内部的物质相互作用产生信号，然后通过信号处理间接地获得流场信息。这些技术都有其一定的使用条件，例如CT技术对于边界的吸收过于敏感，激光成像则要求研究体系能够有激光透射过去。所以，这些间接的测量方法都具有一定的局限性。随着微电子行业的进步，微加工技术以及微传感器技术的进步，机电一体化、通讯技术以及计算机技术的进一步发展，在一个等效直径小于100mm的外壳体的内部放置传感器以及实现与外部通讯已经成为可能。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供，使该颗粒状测量装置本身能够感知其所在的场信息以及颗粒运动的信息，以该颗粒状装置为研究对象，能够实现颗粒运动以及所在场的原位测量，从而避免现有测量方法必须借助外界信号相互作用后获得结果的间接处理途径。本专利技术的技术方案如下一种颗粒状测量装置，其特征在于该装置包括等效直径为1～100mm的颗粒状外壳，传感器、微处理器、通讯设备、系统电源以及存储设备，所述传感器采集的信号传输给微处理器，经微处理器处理后的信号通过通讯设备输入到存储设备，该存储设备采用内置或外置形式，所述的传感器、微处理器、通讯设备、系统电源封装在颗粒状外壳内。本专利技术所述颗粒状测量装置中，所述的传感器可以采用温度传感器、浓度传感器、速度传感器、加速度传感器或压力传感器中的一种或几种。在本专利技术的技术方案中，该颗粒状测量装置其内部可以内置存储设备，通讯设备将信号直接存入存储器。对于外置式存储设备，该颗粒状测量装置通过通讯设备可以直接和外界进行通讯，通讯方式可以采用无线或有线方式进行。与外界通讯的设备是无线的，采用射频、微波或无线电波实现通讯。与外界通讯的设备是有线的，可采用串口、并口或USB接口实现通讯。为了拓展颗粒状测量装置的应用场合，本专利技术的技术特征还在于在颗粒状外壳的内壁设有保温材料。本专利技术与现有技术相比，具有以下优点及突出性效果本专利技术提供的颗粒状测量装置本身能够感知其所在的场信息以及颗粒运动的信息，以该颗粒状测量装置为研究对象，能够实现颗粒运动以及所在场的原位测量，不受场的透光性、密闭性干扰，使其获得的信息是原位测量的信息，从而避免了现有测量设备必须借助外界信号相互作用后获得结果的间接处理途径。另外，该颗粒测量装置可以进入各种测量体系，因此本专利技术相对于目前已有的测量设备，其适用面大为扩展。附图说明图1为本专利技术提供的颗粒状测量装置的结构原理示意图。图1a为储存设备采用外置式，图1b为存储设备采用内置式。图2为基于加速度传感器的外置存储设备的本专利技术实施例的结构示意图。图3为基于加速度传感器的内置存储设备的本专利技术实施例的结构示意图。图4为颗粒状测量装置原位测量自由落体轨迹和实际结果比较图。图5为利用颗粒状测量装置测量气固流化床中的加速度信号，进而反应流化床中的颗粒受力信息，以及原位的流场信息。图6为利用气固流化床的受力信号进行均值和标准差统计，获得鼓泡流态化向湍动流态化临界操作条件的判断。图7为基于温度传感器的存储设备外置的本专利技术实施例的结构示意图。图8为基于温度传感器的测量流化床内的温度分布图。具体实施例方式下面结合附图对本专利技术的原理、具体实施作进一步的说明。图1是本专利技术的结构原理示意图。该装置包括等效直径为1～100mm的颗粒状外壳1，被封装在该颗粒状外壳1内的传感器2、微处理器3、通讯设备4和系统电源，以及存储设备5，其中，传感器采集的信号传输给微处理器3，经微处理器处理后的信号通过通讯设备输入到存储设备5。根据存储设备和颗粒的位置，可以将该颗粒状测量装置分为内置存储设备和外置存储设备。被封装在外壳内的传感器根据所测量的信息的不同可采用加速度传感器、浓度传感器、温度传感器、速度传感器或压力传感器，也可同时将几种不同种类的传感器封装在外壳内的空间内。为了拓展颗粒状测量装置的应用场合，例如使其能在高温或强腐蚀极端条件下正常工作，可在颗粒状外壳的内壁设置保温材料或防腐蚀材料。对于外置式存储设备，所述的通讯设备与存储设备之间采用无线或有线方式。例如无线通讯方式可采用射频、微波或无线电波通讯；有线通讯方式可采用串口、并口或USB接口通讯。在实现原位测量中，可以将颗粒状测量装置内置于待研究场中，所述待研究的场可以是流场、温度场、浓度场或压力场。一方面传感器能够采集当时所在场的信息，通过微处理器、通讯设备、存储设备纪录下来。另一方面，如果颗粒是运动状态，通过传感器还可将运动信息纪录下来，即实现了一种在流场运动本身的颗粒能够自身纪录其流动的相关信息，发展一类拉格朗日流场原位测量装置，从而为我们了解一些密闭流场，例如工业湍动流化床内部信息提供了一种重要方法。实施案例下面结合几个具体实施例以及实验结果对本专利技术作进一步说明以便于理解本专利技术。提供这些实施方案的目的是使本专利技术能够完全公开，向所属领域的技术人员充分传达本专利技术的思想和实施效果。然而，本专利技术可以按许多不同的方式实施。实施例1基于加速度传感器的外置存储设备的颗粒状测量装置。以基于加速度传感器为例设计的颗粒状测量装置，该传感器2采用MMA7260Q，存储设备5采用外置计算机，如图2所示。加速度传感器的模拟输出信号通过微处理器3(芯片型号HC908KX8)转换为数字信号，数字信号通过通讯设备4，即通过RS232串口引出连接计算机。其中加速度传感器MMA7260Q、微处理器HC908KX8、RS232串口集成在一块电路板上，将这些器件和系统电源一起封装在直径为60mm不锈钢材质的颗粒状外壳1内部。这样即形成一基于加速度传感器的外置存储设备的颗粒状测量装置。实施例2基于加速度传感器的内置存储设备的颗粒状测量装置以基于加速度传感器为例设计的颗粒状测量装置，该传感器2采用MMA7260Q，存储设备5采用外置计算机，如图3所示。加速度传感器的模拟输出信号通过微处理器3(芯片型号HC908KX8)转换为数字信号，数字信号通过通讯设备4，即通过USB转换接口引出连接USB闪存。其中加速度传感器MMA7260Q、微处理器HC908KX8、RS232串口、USB转换接口、USB闪存集成在一块电路板上，将这些器件和系统电源一起封装在直径为65mm有机玻璃材质的颗粒状外壳1内部。这样即形成一基于加速度传感器的存储设备内置的颗粒状测量装置。实施例3基于颗粒状测量装置的颗粒运动原位测量利用基于加速度传感器的颗粒状测量装置进行了颗粒运动测量实验。将该颗粒状测量装置置于空中进行自由落体运动，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种颗粒状测量装置，其特征在于：该装置包括等效直径为１～１００ｍｍ的颗粒状外壳（１），传感器（２）、微处理器（３）、通讯设备（４）、系统电源以及存储设备（５），所述传感器采集的信号传输给微处理器，经微处理器处理后的信号通过通讯设备输入到存储设备，该存储设备采用内置或外置形式，所述的传感器、微处理器、通讯设备、系统电源封装在颗粒状外壳内。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：魏飞，张强，钱震，蒋东，黄苍，魏小波，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：11[]