静电传感器设计及微弱信号检测方法研究

摘要

气固两相流技术已广泛应用于工业生产中，对其流动参数检测是现代工业急需解决的问题。目前，气固两相流测量方法中静电法得到了迅速的发展。静电法是基于静电感应原理，利用静电传感器对气固两相流的速度、细度等参数进行测量。静电传感器具有结构简单、安装方便、成本低廉、灵敏度高等特点，未来有很大发展潜力。
　　本文利用静电感应原理，设计出两种不同类型的静电传感器：插入式静电传感器和感应式静电传感器。通过研究静电传感器性能特性，分析影响静电传感器测量精度的因素和两类静电传感器的优缺点，并对静电传感器进行实验验证。主要工作内容包括：
　　（1）分析火电厂气固两相流模型，利用PVC管道、漏斗、开关阀门、阀栅、铁架、铜膜等器材在实验室自主搭建实验平台，以验证静电传感器的性能。
　　（2）根据静电感应原理，对插入式静电传感器和感应式静电传感器数学模型进行分析。同时对两种静电传感器的材料选型和结构设计进行试验分析，并比较两类静电传感器优缺点。
　　（3）设计静电信号处理电路，电路主要包括模拟电路和数字电路。模拟电路使用双运算放大器LM358完成电荷电压转换、前级放大、滤波及信号极性调整等，釆用PGA202和PGA203完成信号的二级放大。数字电路包括信号釆集、存储、显示等。通过实验验证该静电信号处理电路具有较高的信噪比和较强的抗干扰能力。
　　（4）利用傅里叶变换法对微弱信号进行频率检测，并利用MATLAB进行仿真，对测量频率进行误差分析。
　　（5）基于实验室自主搭建的实验平台对两类静电传感器进行测量验证，检验两类静电传感器测量的准确性、实时性、重复性，以及传感器在实际应用中的抗干扰能力，并根据实验数据分析两类传感器的测量误差和优缺点。

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