一种用于辣条打粉连续供料的流量监测方法与流程

本发明涉及粉体物料计量，更具体地，本发明涉及用于辣条打粉连续供料的流量监测方法。

背景技术：

1、气固两相流的质量流量实时监测，是保证产品配方稳定的重要环节，目前，工业生产中通常采用失重式称重法、基于固定阻力系数的压差法，或者单一的透射式光电检测法来推算瞬时流量，这些方法用于输送干燥、均匀的粉体时，通常能够提供较为稳定的测量数据；但是，当输送的粉体表面含有油脂，同时含有较多盐分和吸湿性成分时，粉体容易黏附在输送管道内壁，并随着输送过程不断积累，形成厚度不均、持续变化的贴壁挂料层，随着挂料层逐渐增厚，管道的有效截面积和内壁状态也会发生变化，而传统流量计量模型通常以管道内壁光滑、截面固定为前提，因而难以适应这种工况，在连续高速供料过程中，失重式称重系统还容易受到机械振动和气流反压的影响，导致测量响应延迟；光电检测器件或电容检测器件则可能把管道内壁固结的挂料层误认为正在输送的悬浮粉体，进而造成零点漂移以及信号衰减、饱和。

2、针对上述问题，现有改进方式通常是提高传感器的灵敏度，或者采用静态数学滤波方法对测量数据进行平滑处理，然而，这类方法难以区分静止挂料与流动粉体对传感器产生的不同阻尼影响，也不能准确反映气固两相流中气相与粉体相之间的实际滑移状态，因此，随着设备运行时间延长，流量测量误差仍可能不断累积，除了前端传感硬件在物理极限界定上的测量局限外，在后端的数学演算模型与控制算法层面同样存在显著缺陷，例如，授权公告号为cn106197588b的中国发明专利公开了一种评估密相气力输送系统固相质量流量的方法，通过文丘里节流管配合两相标定拟合系数建立试差迭代算法来推算固相流量,然而，在富油且具吸湿性的调味粉体输送场景下，粉体在管壁及文丘里喉部持续黏附固结，导致管道有效流通截面积与节流比发生动态收缩变异。

3、因此，如何在管壁挂料状态不断变化的输送工况下，排除贴壁挂料对测量结果的干扰，准确获得粉体的悬浮状态并计算粉体相的实际表观流动速度，成为本发明所要解决的技术问题。

技术实现思路

1、一种用于辣条打粉连续供料的流量监测方法，包括以下步骤：

2、步骤s1，在连续供料管道的测量段，采集管壁高频应变信号、穿透管道截面的透过光强信号以及位于测量段两端的微压差信号；根据透过光强信号计算得出透过率以及对应的衰减率；

3、步骤s2，将管壁高频应变信号映射至时域能量谱，计算高频段能量与低频段能量的比值，基于壁面阻尼响应映射关系，提取管道内壁黏附挂料厚度特征量；

4、步骤s3，利用管道内壁黏附挂料厚度特征量，对衰减率施加指数衰减补偿，计算去除挂料寄生衰减后的修正透过率；

5、步骤s4，基于修正透过率，计算测量段内粉体的悬浮体积分数；

6、步骤s5，获取微压差信号，结合悬浮体积分数以及预设的颗粒间阻塞干涉系数，对气固两相动量传递进行解耦，计算粉体相的表观流动速度；

7、步骤s6，结合测量段管道截面积、粉体颗粒真实密度、悬浮体积分数、表观流动速度以及由管道内壁黏附挂料厚度特征量确定的截面收缩因子，演算得出瞬时质量流量；

8、步骤s7，当演算出的管道内壁黏附挂料厚度特征量超过预设安全上限阈值，或者修正透过率低于预设安全下限阈值时，切断光电计算通道，将流量计算逻辑切换为压力阻抗模型，利用微压差信号的波动主频与幅度反算临时质量流量，并利用临时质量流量替换瞬时质量流量作为供料监测数据输出。

9、优选的，步骤s3和步骤s4包括：修正透过率与透过率成正比，且与管道内壁黏附挂料厚度特征量和预设挂料层光吸收衰减常数乘积的负指数成反比；计算悬浮体积分数时，悬浮体积分数与修正透过率的对数值成负相关，且与预设粉体吸光截面修正系数及测量段管道的光径长度乘积成反比；当演算出的修正透过率不小于1.0时，将修正透过率的对数值截断归零，输出悬浮体积分数为0。

10、优选的，步骤s5具体包括：表观流动速度与微压差信号的平方根成正比，与预设输送气体密度的平方根成反比，且乘有气固两相动量传递修正因子与颗粒间干涉修正项；其中，颗粒间干涉修正项由1减去颗粒间阻塞干涉系数与悬浮体积分数的乘积构成；其中，气固两相动量传递修正因子取值为0.13至0.16，颗粒间阻塞干涉系数取值为0.25至0.4，输送气体密度取值为1.10kg/m³至1.22kg/m³。

11、优选的，步骤s2包括以下步骤：步骤s21，对采样的管壁高频应变信号滑动计算傅里叶变换，得到管壁应变功率谱密度；步骤s22，提取高频频段8.0khz至15.0khz内的能量积分值作为高频段能量，并提取低频频段0.1khz至2.0khz内的能量积分值作为低频段能量；步骤s23，将高频段能量与低频段能量的比值输入预设的壁面阻尼响应单调映射模型，反演计算出管道内壁黏附挂料厚度特征量；其中，低频段能量由悬浮粉体颗粒碰撞管壁主导，高频段能量由管道内壁固结挂料层的质量阻尼主导。

12、优选的，步骤s7具体包括：预设安全上限阈值为0.003m，预设安全下限阈值为0.01；当判定触发切断光电计算通道时，同步开启固化于管道外壁的高频微震打击机构，施加振动频率为50hz至120hz的敲击动作以清除挂料；在降级切换为压力阻抗模型期间，通过快速傅里叶变换提取微压差信号的主振峰值频率与峰峰值幅度，对照预设的气固两相压力阻抗离散表反算临时质量流量，待修正透过率恢复至安全恢复阈值0.10以上时重启光电与压力双参数解耦模型。

13、优选的，还包括油分波动密度修正步骤：在测量段同时发射2.45ghz频段的微波信号，并采集穿透测量段的透射相位延迟偏置量；将透射相位延迟偏置量与衰减率复合输入预设的油分反演关系，计算辣条粉体的即时含油率；依据即时含油率对粉体颗粒真实密度进行加权线性更新，并将更新后的粉体颗粒真实密度替换代入步骤s6中参与瞬时质量流量演算；其中，当即时含油率在3.0%至12.0%范围内波动时，密度更新系数取值为0.75，基准干粉密度取值为1280kg/m³。

14、优选的，还包括挂料剥落扰动补偿步骤：对采集到的管壁高频应变信号进行滑动时域自相关计算，提取自相关系数衰减至初始值36.8%处的时间间隔作为衰减特征时间；当监测到衰减特征时间的下降变化率超过预设变化率阈值40.0%/ms时，判定发生管壁黏附挂料局部剥落事件；在判定发生剥落事件后的预设时间窗口内，对步骤s6中计算出的瞬时质量流量施加基于剥落块质量估计值的负反馈扣减补偿，输出平滑后的连续质量流量控制数据。

15、优选的，步骤s1包括以下子步骤：步骤s11，利用布置在管道外壁对称位置的压电应变片采集管壁高频应变信号，并通过带通滤波器滤除低于0.05khz的机械振动干扰；步骤s12，利用穿透管道轴向截面的红外对射光电传感器采集透过光强信号，并利用自动增益控制放大器对透过光强信号进行幅值归一化；步骤s13，利用安装于测量段进口与出口位置的高频微差压变送器采集微压差信号，并进行滑动均值滤波。

16、优选的，还包括传感器状态零点漂移自校准步骤：在连续供料启动前的纯净气体吹扫阶段，采集纯气流状态下的管壁高频应变基准信号与初始透过光强基准信号；将当前采样的透过光强信号与初始透过光强基准信号的比值定界为透过率；当纯气流状态下的管壁高频应变信号与管壁高频应变基准信号的频域能量偏差超过5.0%时，更新壁面能量谱基准矩阵，以消除管道长期机械磨损与安装应力漂移对管道内壁黏附挂料厚度特征量提取的累积干扰。

17、根据本发明的上述实施例至少具有以下有益效果：

18、1、在辣条打粉连续供料的流量监测中，本发明能够区分管道内壁固结挂料与悬浮粉体对测量信号的不同影响，并利用管道内壁黏附挂料厚度特征量修正挂料造成的光信号衰减，因此，即使管道内壁的挂料状态不断变化，也能较为准确地获得粉体的悬浮体积分数，减少挂料引起的零点漂移和信号饱和，提高连续供料过程中流量测量的准确性和稳定性。

19、2、本发明根据微压差信号和悬浮体积分数计算粉体相的表观流动速度，并考虑气固两相之间的动量传递以及颗粒间阻塞干涉，由此能够减小直接将粉体流速等同于气相流速所造成的误差，使流量计算结果更符合粉体的实际运动状态，提高高浓度粉体输送工况下的质量流量测量准确性。

20、3、当挂料过厚或光学信号过弱时，本发明能够及时切换至压力阻抗模型继续输出临时质量流量，并同时对管壁挂料进行清除，这样可以避免光学测量失效后出现流量数据中断，使连续供料系统在测量窗口受到遮挡时仍能保持基本的流量监测能力，降低局部测量故障造成生产线停机的风险。