基于动态电荷法测固体流量的方法与流程

本发明涉及在线测量，具体涉及基于动态电荷法测固体流量的方法。

背景技术：

1、动态电荷法测固体流量是一种基于颗粒运动电荷扰动特性的非接触式在线测量技术。其原理是：当固体颗粒在输送管道中高速运动时，由于摩擦、电感或碰撞效应，会在颗粒与管壁或探头之间产生瞬态电荷，这些电荷在电场中形成微弱的动态扰动信号。探头外层的感应电极能够捕获这些扰动信号，并将其转化为电流脉冲。通过对脉冲信号的幅值、频率和时间分布进行统计分析，可推算出颗粒浓度。若在输送方向上布置两个或多个感应探头，通过计算它们所采集信号间的时间延迟，可获得颗粒群体的平均流速。最终将浓度与流速信号耦合运算，即可得到实时固体流量。该方法无需切断物料流动、无机械接触，不受粉尘、湿度及温度影响，适用于气力输送、灰渣回收及粉体投料等工况，实现固体输送过程的连续、动态监测。

2、现有技术存在以下不足：

3、在固体输送过程中，当被测颗粒材料呈现较高电导特性时，其在管道内高速摩擦、碰撞会导致表面电荷不断积累并形成局部静电场。当静电场强度超过击穿阈值后，积累电荷往往会以瞬态放电的形式释放，从而在感应电极上产生幅值异常的冲击电流信号。此类脉冲信号不仅会对固体流量的实时测量结果造成显著偏差，还可能对探头前端电路带来过载冲击风险，影响测量装置的稳定性与使用寿命。

4、在所述背景技术部分公开的上述信息仅用于加强对本公开的背景的理解，因此它可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供基于动态电荷法测固体流量的方法，以解决上述背景技术中的问题。

2、为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：基于动态电荷法测固体流量的方法，包括以下步骤：

3、步骤一，获取固体颗粒在输送管道中运动时由感应电极采集的电荷扰动信号，基于所采集电荷扰动信号的瞬态特征构建动态能量提取模型，对电荷扰动信号的能量分布进行实时解析，提取电荷扰动的能量谱信息，并根据能量谱的幅值起伏形成高幅度放电扰动的起伏边界，从而区分正常颗粒扰动信号与放电冲击信号；

4、步骤二，基于所形成的起伏边界确定高能扰动区，对该高能扰动区内的电荷扰动信号实施时域压制处理，将高能扰动区内的瞬态能量重新调整为连续能量水平，以削弱高能扰动区内瞬态能量重新分配过程中形成的幅度突变，从而获得经时域压制后的连续能量序列；

5、步骤三，利用经时域压制后的连续能量序列，对其中的信号相位进行稳定化处理，根据连续能量序列的能量平稳特性调整相位变化速率，将异常相位跳变紧缩至连续能量区间内，以减小瞬态放电造成的相位漂移，得到经相位稳定化后的能量序列；

6、步骤四，基于经相位稳定化后的能量序列，提取连续能量区间的频率内容，对频率内容进行频域映射处理，将异常频带的频率内容重新投射至稳定频带区域，以降低频域映射过程中产生的异常频谱峰值，从而获得经频域映射后的稳定频带信号；

7、步骤五，将经频域映射后的稳定频带信号作为输入，对稳定频带内的有效电荷扰动信号进行融合重构，将融合后的扰动信号重新组合为平滑电荷序列，并以该平滑电荷序列为基础输出固体流量测量信号，以实现对瞬态放电冲击具有抗干扰能力的固体流量实时测量。

8、优选的，根据能量谱的幅值起伏形成高幅度放电扰动的起伏边界的步骤包括：

9、获取固体颗粒在输送管道中运动时由感应电极采集到的电荷扰动信号，并对电荷扰动信号进行连续采集与时间顺序记录，以获得用于动态能量特征提取的原始数据基础；

10、在获取原始电荷扰动信号后，对电荷扰动信号的瞬态特征进行解析，将电荷扰动信号划分为连续的微小时间区间，并逐区间识别瞬态电荷扰动的持续时间与相对强度，从而形成反映扰动强度变化趋势的连续能量轨迹；

11、基于连续能量轨迹的变化规律，将连续能量轨迹划分为多个分析区段，通过对各分析区段内能量点幅值范围及连续区段之间能量变化率的比较，提取电荷扰动信号的能量谱信息；

12、在获得能量谱信息后，通过对能量谱幅值变化曲线的逐点比对与变化率跟踪，建立能量幅值起伏边界，当能量谱的某一区间持续超出起伏边界时，将该区间对应的电荷扰动信号判定为放电冲击信号。

13、优选的，基于所形成的起伏边界确定高能扰动区并获得经时域压制后的连续能量序列的步骤包括：

14、在获得能量幅值起伏边界后，对超出正常范围的能量波动区间进行连续识别，并通过比对能量谱时间序列中的能量幅值变化及能量衰减趋势，确定高能扰动区的起止边界点；

15、在确定高能扰动区后，对高能扰动区内的电荷扰动信号的瞬态能量进行逐点解析，识别能量异常集中的区域特征，为后续能量调整提供依据；

16、在识别能量异常区域后，根据高能扰动区内能量变化趋势对瞬态能量峰值进行幅值调整，使其逐步调整至与相邻正常能量区间的平均能量水平一致，并保持时间连续性形成连续能量水平；

17、在完成能量调整后，对能量序列进行幅值平衡与时间过渡平滑处理，使高能扰动区与正常区间实现自然衔接；

18、在完成平滑处理后，对整个时间序列进行连续化整合，形成经时域压制后的连续能量序列。

19、优选的，对高能扰动区内瞬态能量的幅值调整包括：在保持信号总体能量平衡的前提下，以相邻正常能量区间的平均能量水平为基准，将高能扰动区内的能量峰值按时间连续性逐点递减，使调整后的能量变化速率由原先的突变形式转化为与正常能量区间一致的平稳递变形式，并在完成调整后通过对高能扰动区边界处能量点的平滑处理，使调整后的连续能量水平与正常能量区间自然衔接。

20、优选的，利用经时域压制后的连续能量序列获得经相位稳定化后的能量序列的步骤包括：

21、在获得经时域压制后的连续能量序列后，对连续能量序列中的信号相位状态进行逐点识别，依据连续能量区间的相位变化趋势确定相位变化平稳区与相位异常跳变区；

22、在识别相位异常跳变区后，根据连续能量序列的能量平稳特性，对相位异常跳变区的相位变化速率进行调整，使相位变化逐步过渡至与相邻平稳区间一致的相位变化水平；

23、在完成相位变化速率调整后，对经调整的相位变化序列进行连续平衡处理，通过比对相邻时间区间的相位变化差异并引入平滑过渡方式，使相位变化在时间轴上呈现连续渐变形态；

24、在完成相位连续平衡处理后，将经平衡后的相位变化特征与经时域压制后的连续能量分布进行融合，形成经相位稳定化后的能量序列。

25、优选的，对相位异常跳变区的相位变化速率进行调整的步骤包括：

26、在连续能量序列的能量平稳性作为参照的条件下，通过比较相位异常跳变区内各相位变化点与相邻平稳区间的相位变化趋势，确定相位变化速率的过渡方向，并逐点引导相位变化速率回归至与平稳区间一致的相位变化水平。

27、优选的，基于经相位稳定化后的能量序列获得经频域映射后的稳定频带信号的步骤包括：

28、在获得经相位稳定化后的能量序列后，将能量序列沿时间维度划分为多个连续能量区间，并对各连续能量区间的能量变化进行特征解析，以提取连续能量区间的频率内容；

29、在提取频率内容后，通过比对各连续能量区间的频率分布特征，依据频率能量密度变化规律识别并标定异常频带区域；

30、在识别异常频带区域后，将异常频带区域内的频率内容根据已标定的异常频带区域与稳定频带区域之间的对应关系重新投射至稳定频带区域，并按能量守恒原则完成频域映射处理；

31、在完成频域映射后，对映射后的频率内容进行能量平衡与频谱平滑处理，以避免能量突变或频率间隙；

32、在完成平滑处理后，对经映射与平衡的频率内容进行整合输出，形成经频域映射后的稳定频带信号。

33、优选的，异常频带的识别进一步包括：通过比较连续能量区间中频率能量密度的相对差值，当某一频率区间的能量密度连续高于相邻两侧平均能量密度的两倍以上且呈瞬态衰减特征时，将该频率区间确定为异常频带，并将其频率内容作为需经频域映射处理的对象。

34、优选的，将经频域映射后的稳定频带信号作为输入并获得平滑电荷序列以输出固体流量测量信号的步骤包括：

35、在获得经频域映射后的稳定频带信号后，对稳定频带信号按照能量分布和时间特征进行分区，提取幅值平稳、能量分布连续且相位变化规律的有效电荷扰动信号；

36、在完成有效电荷扰动信号提取后，对有效电荷扰动信号在稳定频带内进行能量融合处理，通过分析不同时间段能量差异与能量变化趋势，实现多源能量信息的连续整合；

37、在完成能量融合后，将融合后的信号按照时间顺序重新排列，并对各时间区间内的能量变化进行逐点平滑，使融合信号形成连续、平滑且结构一致的电荷序列；

38、在获得平滑电荷序列后，基于该平滑电荷序列的时间连续特征与能量分布特征计算颗粒浓度与速度，并将浓度与速度耦合形成固体流量测量信号。

39、优选的，能量融合处理包括：在对有效电荷扰动信号按照时间顺序重新排列前，进一步比较相邻有效信号区段的能量变化趋势，当能量差异超过正常能量波动范围上限时，对该能量差异进行逐级递减调整，使各有效信号区段的能量水平以连续方式趋于一致，从而确保重构后的电荷序列在能量分布上保持平滑衔接。

40、在上述技术方案中，本发明提供的技术效果和优点：

41、本发明通过构建基于电荷扰动信号瞬态特征的动态能量提取与多域稳定化处理方法，使电荷信号在能量、相位及频率维度上实现连续平衡，从而有效抑制由高导电颗粒放电引起的瞬态冲击干扰。经处理后的信号在时间上呈现平滑过渡，在能量分布上保持稳定一致，使测量输出具备较强的抗放电扰动能力与动态自适应特性，显著提高了固体流量测量结果的稳定性与准确性。

42、本发明通过在时域压制、相位稳定化与频域映射的多层协同下，实现对异常能量峰值和频谱突变的自适应削弱，使最终融合重构后的电荷序列具有高度平滑性与物理一致性。经该方法输出的固体流量测量信号在复杂输送工况下仍能保持线性响应和高分辨率特征，避免了放电冲击对传感探头及测量电路的冲击风险，从而提升测量装置的长期运行可靠性与使用寿命。