專利名稱：一種液體霧化質量的檢測方法
技術領域：
本發(fā)明涉及霧化質量檢測方法，尤其涉及一種噴霧液體霧化質量的檢測方法。
背景技術：
液體霧化技術廣泛應用于化工、能源、農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥、消防、食品等領域，如表面噴涂、 燃油霧化、藥物供給、農(nóng)藥噴灑、噴霧干燥等。液體的霧化特性分為空間特性和粒徑特性，其中空間特性包括霧量分布方式、噴霧角、液滴飛行速度及其分布等，粒徑特性包括霧粒的平均直徑、特征直徑、粒徑分布等。評價液體霧化質量的優(yōu)劣需要對霧化參數(shù)進行檢測，目前霧化參數(shù)的檢測方法主要分為三類機械測量法、電子測量法和光學測量法。機械測量法是傳統(tǒng)的霧化檢測方法， 包括液滴固化法、熔蠟法、沉降法和壓痕法等，這些方法原理簡單，但操作繁瑣，信息量少， 部分方法還對裝置有所限制。電子測量法包括電極法、導線法、熱線法等，這些方法需要侵入噴霧場內部，數(shù)據(jù)量大，精度較差，而且粒子的運動形態(tài)對測量結果有較大影響。光學測量法是新興的霧化檢測技術，借助激光技術和計算機技術而快速發(fā)展，包括激光全息攝影法、高速攝影和高速攝像法、激光多普勒法的軸線光干涉條紋法和非軸線光干涉條紋法、激光干涉條紋光譜法、激光散射光強比法、激光多源散射光法和馬爾文法等。光學測量法具有非侵入性的優(yōu)點，可得到較精確和全面的霧化參數(shù)，但設備精密昂貴，且難以應用于工業(yè)監(jiān)測。不同檢測方法也可以相互結合，如專利CN 1012^108A公開了一種霧滴分布均勻度的檢測方法，將機械測量法、照相技術、圖像處理技術相結合，該方法能較全面準確地檢測霧滴分布均勻度，但步驟冗長，操作繁瑣。因此，尋找一種新型的快捷方便、靈敏度高且可實時在線監(jiān)測霧化質量的方法具有重要的理論意義和廣闊的工業(yè)應用前景。聲發(fā)射檢測技術是近年來新興的一種測量手段，通過傳感器接收振動信號，經(jīng)過放大、采集和數(shù)學處理，獲得振動源的某些性質和特征。傳感器是聲發(fā)射檢測系統(tǒng)的關鍵部件，聲發(fā)射檢測中常用的傳感器有聲發(fā)射傳感器、加速度傳感器、水聽器、傳聲器等，其中聲發(fā)射傳感器和加速度傳感器用于測量通過固體傳播的聲音和振動信號。聲發(fā)射檢測技術具有檢測靈敏有效、環(huán)保安全、不侵入流場和實時在線的特點，目前已被廣泛應用于流化、攪拌、干燥、結晶、化學反應的檢測以及設備監(jiān)控等方面。快速傅里葉變換(FFT)可以將周期信號分解為一個個倍頻分量的疊加，通過分解能將特定的頻率成分提取出來而實現(xiàn)特定的各種需要。小波分析的特點是對信號進行變時窗分析，即對信號中的低頻分量采用較寬的時窗，對高頻分量采用較窄的時窗，這使得小波分析在時域和頻域同時具有良好的局部分析特性?？焖俑道锶~變換和小波分析是常用的信號分析處理方法，在聲發(fā)射信號的分析中有廣泛的應用。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術的不足，提供一種液體霧化質量的檢測方法。液體霧化質量的檢測方法的步驟如下1)液體從霧化噴嘴噴出，在垂直于霧化液滴噴射方向處設置一固體擋板，固體擋板與霧化噴嘴之間距離可調節(jié)；
2)在固體擋板背面的噴霧束撞擊截面區(qū)域沿徑向設置一個或多個振動信號接收裝置， 采集霧化液滴撞擊擋板產(chǎn)生的振動信號；
3)選取振動信號的頻率八能量萬、功率譜圖高頻峰與低頻峰面積比/ 、特征小波頻段內的能量分率A、能量均方差s作為特征變量；
4)根據(jù)特征變量隨液體噴射速度、液體流量或液體壓力的變化趨勢判斷液體霧化質量，以液體噴射速度、液體流量或液體壓力為橫坐標，以振動信號能量A功率譜圖高頻峰與低頻峰面積比《、特征小波頻段內的能量分率&或者能量均方差s為縱坐標作圖，獲得霧化狀態(tài)表征曲線，當振動信號能量A趨于平穩(wěn)并開始緩慢上升，或者功率譜圖高頻峰與低頻峰面積比由緩慢上升轉變?yōu)檠杆僭龃?，或者特征小波頻段內的能量分率&由緩慢上升轉變?yōu)檠杆僭龃?，或者能量均方差s開始上升并趨于平穩(wěn)時，進入使霧化液體充分破碎成小液滴，液滴粒徑接近破碎極限值、液滴分布均勻的霧化狀態(tài)；
5)采集不同粒徑4的霧滴撞擊擋板產(chǎn)生的振動信號，對振動信號進行小波或小波包分解獲得不同粒徑對應的特征頻段/；，建立霧滴粒徑4與振動信號不同頻率分段之間的對應關系，通過計算各特征頻段上的能量分率&獲得霧滴的粒徑分布。所述的振動信號接收裝置為聲發(fā)射傳感器、加速度傳感器或為它們的組合。所述的振動信號按頻率分解為廣256個頻段。所述的聲發(fā)射傳感器的接收頻率為1 kHflOO MHz，加速度傳感器的接收頻率為1 kHz 1 MHz0本發(fā)明與現(xiàn)有的方法相比具有以下優(yōu)點
1)裝置安裝方便，表征方法簡單，通過振動信號分析的手段可以獲得噴霧運動的多尺度動態(tài)特征；
2)環(huán)保安全，振動信號通過液體機械碰撞產(chǎn)生，對環(huán)境、人體無危害；
3)適用范圍廣，可在高溫高壓等惡劣條件下長時間穩(wěn)定工作，能應用于工業(yè)生產(chǎn)監(jiān)
控；
4)反應靈敏，測量誤差小，實時在線。


圖1是液體霧化質量檢測裝置工作示意圖2 (a)是實施例廣3和實施例5中單個振動信號接收裝置設置位置示意圖； 圖2 (b)是實施例4中多個振動信號接收裝置設置位置示意圖； 圖3是實施例1、中6種典型液體霧化狀態(tài)； 圖4是實施例1中聲發(fā)射信號能量變化曲線圖； 圖5是實施例2中功率譜圖高頻峰與低頻峰面積比值變化曲線圖； 圖6是實施例3中聲發(fā)射信號特征小波頻段能量分率&變化曲線圖； 圖7是實施例4中聲發(fā)射信號能量均方差S變化曲線圖1中，霧化噴嘴1、噴霧束2、固體擋板3、振動信號接收裝置4、前置放大器5、放大器 6、帶信號采集裝置的計算機7。
具體實施例方式實施本發(fā)明方法的檢測裝置，包括振動信號接收裝置、信號采集裝置以及信號處理裝置。其中振動信號接收裝置為一個或多個振動換能器；信號采集裝置為一個或多個信號采集卡(A/D轉化器)；信號處理裝置為帶處理軟件的處理器。振動信號接收裝置的信號輸出端與信號放大裝置的輸入端連接，信號放大裝置的輸出端與信號采集裝置的輸入端連接，所述的信號放大裝置為一個或多個信號放大器。該信號放大器可以根據(jù)實際需要選擇是否使用。振動信號接收裝置包括聲發(fā)射傳感器、加速度傳感器或它們的組合。聲發(fā)射傳感器的接收頻率范圍為1 kHflOO MHz，優(yōu)選為1 kHfl MHz ；加速度傳感器的接收頻率范圍為1 kHz 1 MHz，優(yōu)選為1 kHz 100 kHz ；放大裝置和信號采集裝置放大范圍為廣10000倍， 優(yōu)選為廣100倍。液體霧化質量的檢測方法的步驟如下
1)液體從霧化噴嘴噴出，在垂直于霧化液滴噴射方向處設置一固體擋板，固體擋板與霧化噴嘴之間距離可調節(jié)；
2)在固體擋板背面的噴霧束撞擊截面區(qū)域沿徑向設置一個或多個振動信號接收裝置， 采集霧化液滴撞擊擋板產(chǎn)生的振動信號；
3)選取振動信號的頻率八能量萬、功率譜圖高頻峰與低頻峰面積比/ 、特征小波頻段內的能量分率A、能量均方差s作為特征變量；
4)根據(jù)特征變量隨液體噴射速度、液體流量或液體壓力的變化趨勢判斷液體霧化質量，以液體噴射速度、液體流量或液體壓力為橫坐標，以振動信號能量A功率譜圖高頻峰與低頻峰面積比《、特征小波頻段內的能量分率&或者能量均方差s為縱坐標作圖，獲得霧化狀態(tài)表征曲線，當振動信號能量A趨于平穩(wěn)并開始緩慢上升，或者功率譜圖高頻峰與低頻峰面積比由緩慢上升轉變?yōu)檠杆僭龃?，或者特征小波頻段內的能量分率&由緩慢上升轉變?yōu)檠杆僭龃螅蛘吣芰烤讲顂開始上升并趨于平穩(wěn)時，進入使霧化液體充分破碎成小液滴，液滴粒徑接近破碎極限值、液滴分布均勻的霧化狀態(tài)；
5)采集不同粒徑4的霧滴撞擊擋板產(chǎn)生的振動信號，對振動信號進行小波或小波包分解獲得不同粒徑對應的特征頻段/；，建立霧滴粒徑4與振動信號不同頻率分段之間的對應關系，通過計算各特征頻段上的能量分率&獲得霧滴的粒徑分布。選取振動信號能量iM乍為特征變量是指分析設置在噴霧束截面中心區(qū)域的接收裝置采集到的振動信號，利用快速傅里葉變換(FFT)做頻譜分析，求得振動信號的平均能量作為特征變量。功率譜圖分析方法是將原始的振動信號平均分為 段，對每一段進行FFT分析然后疊加平均， 為采樣頻率與任一段信號所包含的功率譜點數(shù)的比值。選取特征小波頻段的能量分率&作為特征變量是指，利用FFT分析振動信號的特征頻率范圍，對振動信號進行若干尺度的小波分解，選取包含振動信號特征頻率的小波頻段作為特征小波頻段，計算特征小波頻段內的能量分率A作為特征變量。小波分解頻段數(shù)為廣256。選取能量均方差S作為特征變量是指采集噴霧束截面不同徑向位置的振動信號， 分別計算能量盡，再求出能量均方差s作為特征變量。
如圖1所示，液體霧化質量檢測裝置包括固體擋板3、振動信號接收裝置4、前置放大器5、放大器6、帶信號采集裝置的計算機7 ；工作時，液體從霧化噴嘴1噴出形成噴霧束 2，噴霧束2垂直撞擊固體擋板3，產(chǎn)生振動信號，振動信號由貼于固體擋板3后面的振動信號接收裝置4采集，振動信號依次通過前置放大器5、放大器6接入計算機7，計算機7內安裝信號采集卡和相應軟件。實施例1
采用如圖ι所示的檢測裝置，霧化噴嘴內徑為1 mm，設置一個聲發(fā)射傳感器，設置位置如圖2 (a)所示。液體噴出速度變化范圍為(Γ120 m· s—1，選取6個不同液體噴出速度下的典型霧化狀態(tài)，用攝像法拍攝噴霧束，如圖3所示。聲發(fā)射傳感器接收霧化液滴撞擊擋板產(chǎn)生的聲發(fā)射信號，采樣頻率為500 kHz。選取聲發(fā)射信號能量值作為特征值，對6種典型霧化狀態(tài)下采集到的聲發(fā)射信號進行分析，計算其能量值仏結果如圖4所示。圖3中隨著液體噴出速度r的增大，液體霧化質量逐漸變好，在狀態(tài)4時，液體破碎比較充分，液滴粒徑接近極限值，且霧束分布均勻，液體進入良好霧化狀態(tài)。圖4中，隨著液體霧化質量逐漸變好，聲發(fā)射信號能量A首先迅速減小，達到狀態(tài)4時趨于平穩(wěn)并開始緩慢上升。對比圖3與圖4，當r = 78.9 m· S—1時，聲發(fā)射信號能量萬開始趨于平穩(wěn)并緩慢上升，液體進入良好霧化狀態(tài)。因此，利用聲發(fā)射信號能量值的變化可以準確檢測液體霧化質量。實施例2
采用如圖1所示的檢測裝置，檢測條件與實施例1相同。對聲發(fā)射信號進行功率譜分析，功率譜圖在頻率(Γ5 kHz處產(chǎn)生低頻峰，在頻率11(T170 kHz處產(chǎn)生高頻峰。計算不同霧化狀態(tài)下功率譜圖高頻峰與低頻峰面積比《，結果如圖5所示。圖5中，隨著液體霧化質量逐漸變好，功率譜圖高頻峰與低頻峰面積比《緩慢上升，當r = 78. 9 m · s—1時，/7開始迅速增大，曲線的轉折點對應于噴霧進入良好霧化狀態(tài)，因此，利用聲發(fā)射信號功率譜圖高頻峰與低頻峰面積比的變化可以準確檢測液體霧化質量。實施例3
采用如圖1所示的檢測裝置，檢測條件與實施例1相同。利用小波分解將聲發(fā)射信號分為8個頻段，如表1所示。對聲發(fā)射信號進行FFT分析，對比小波分解頻段，發(fā)現(xiàn)第二小波頻段的頻率范圍對應于FFT分析得到的特征頻率，于是選取第二小波頻段的聲能量分率慫作為特征變量，其隨液體霧化質量的變化關系如圖6所示。圖6中，隨著液體霧化質量逐漸變好，特征小波頻段能量分率A緩慢上升，當r = 78.9 m· s—1時，TPj開始迅速增大，曲線的轉折點對應于良好霧化狀態(tài)，因此，利用聲發(fā)射信號特征小波頻段能量分率的變化可以準確檢測液體霧化質量。表1聲發(fā)射信號的8頻段小波分解
權利要求
1.一種液體霧化質量的檢測方法，其特征在于它的步驟如下1)液體從霧化噴嘴噴出，在垂直于霧化液滴噴射方向處設置一固體擋板，固體擋板與霧化噴嘴之間距離可調節(jié)；2)在固體擋板背面的噴霧束撞擊截面區(qū)域沿徑向設置一個或多個振動信號接收裝置， 采集霧化液滴撞擊擋板產(chǎn)生的振動信號；3)選取振動信號的頻率八能量萬、功率譜圖高頻峰與低頻峰面積比/K特征小波頻段內的能量分率A、能量均方差s作為特征變量；4)根據(jù)特征變量隨液體噴射速度、液體流量或液體壓力的變化趨勢判斷液體霧化質量，以液體噴射速度、液體流量或液體壓力為橫坐標，以振動信號能量A功率譜圖高頻峰與低頻峰面積比《、特征小波頻段內的能量分率&或者能量均方差s為縱坐標作圖，獲得霧化狀態(tài)表征曲線，當振動信號能量A趨于平穩(wěn)并開始緩慢上升，或者功率譜圖高頻峰與低頻峰面積比由緩慢上升轉變?yōu)檠杆僭龃?，或者特征小波頻段內的能量分率&由緩慢上升轉變?yōu)檠杆僭龃?，或者能量均方差s開始上升并趨于平穩(wěn)時，進入使霧化液體充分破碎成小液滴，液滴粒徑接近破碎極限值、液滴分布均勻的霧化狀態(tài)；5)采集不同粒徑4的霧滴撞擊擋板產(chǎn)生的振動信號，對振動信號進行小波或小波包分解獲得不同粒徑對應的特征頻段/；，建立霧滴粒徑4與振動信號不同頻率分段之間的對應關系，通過計算各特征頻段上的能量分率&獲得霧滴的粒徑分布。
2.根據(jù)權利要求1所述的檢測方法，其特征在于所述的振動信號接收裝置為聲發(fā)射傳感器、加速度傳感器或為它們的組合。
3.根據(jù)權利要求1所述的檢測方法，其特征在于所述的振動信號按頻率分解為廣256 個頻段。
4.根據(jù)權利要求1和2所述的檢測方法，其特征在于所述的聲發(fā)射傳感器的接收頻率為1 kHz 100 MHz，加速度傳感器的接收頻率為1 kHz 1 MHz0
全文摘要
本發(fā)明公開了一種液體霧化質量的檢測方法，包括以下步驟1)在垂直于霧化液滴噴射方向處設置一固體擋板；2)擋板背面設置振動信號接收裝置，采集霧化液滴撞擊擋板或壁面產(chǎn)生的振動信號；3)選取振動信號的頻率f、能量E、功率譜圖高頻峰與低頻峰面積比n、特征小波頻段內的能量分率RJ、能量均方差s作為特征變量；4)根據(jù)特征變量變化趨勢判斷液體霧化質量的變化以及確定良好的霧化狀態(tài)；5)根據(jù)振動信號特征頻段能量分率獲得霧滴粒徑分布。本發(fā)明環(huán)保安全，適用范圍廣，裝置安裝方便，操作簡單，反應靈敏，測量誤差小，可實現(xiàn)實時在線監(jiān)測，具有重要的理論意義和廣闊的應用前景。
文檔編號G01N15/02GK102262040SQ20111010647
公開日2011年11月30日 申請日期2011年4月27日 優(yōu)先權日2011年4月27日
發(fā)明者何樂路, 周業(yè)豐, 唐玥祺, 孫婧元, 張擎, 樓佳明, 王靖岱, 蔣云濤, 蔣斌波, 陽永榮, 黃正梁 申請人:浙江大學