CN115791554B - 粉体动态浓度测量装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种粉体动态浓度测量装置及方法，其中，该装置包括：粉料盒、分离器、初级进料管、次级进料管、过渡连接管、测量罐体、主驱电机、激光发射器，用于发射激光光线；激光接收器，用于接收激光光线；其中，所述激光发射器与所述激光接收器均安装至所述测量罐体的侧壁且在所述中央轴线的径向上一一对应设置以使所述激光发射器发射的激光光线沿所述中央轴线的径向被所述激光接收器所接收。该方法至少由以上述装置所执行。本发明的有益效果在于提供一种能高效便捷的粉体相对动态浓度测量的装置及方法。

Description

粉体动态浓度测量装置及方法

技术领域

本发明涉及粉体动态浓度测量领域，具体而言，涉及一种粉体动态浓度测量装置及方法。

背景技术

诸如干粉灭火剂等粉体产品，为了实现灭火功能，需要粉体在喷射或抛射时具备相应的相对动态浓度，即在相应的空间内运动时保证一定的动态浓度。

在相关技术中，比如中国专利文献CN104568649A记载了一种超细粉体灭火剂全淹没临界灭火浓度测试装置及方法，该技术方案主要通过实际灭火效果对此时所使用的粉体质量已经灭火时粉体充满的空间进行计算从而得出灭火剂全淹没临界时的灭火浓度。再比如，中国专利文献CN CN112345688A记载了一种超细干粉灭火剂灭火效能测试装置及方法，其也采用了激光测量的方法（虽然没有具体公开基于何种原理）在火焰熄灭时，测量空间内的粉体相对动态浓度。以及，英文期刊文献（Ni X ,Zhang S ,Zhao M, et al.Experimental studies on the extinction of methane/air cup-burner flames withgas–solid composite particles[J]. Fire Safety Journal, 2015, 76:1-8）中记载一种采用激光传感器并基于朗伯比尔定律测量火焰熄灭时粉体的浓度。该方案可以有效获取火焰在熄灭时粉体的相对动态浓度，但是这些方案都需要采用复杂的气源系统使粉体弥散并且需要燃烧系统，这是因为它们均是在实验室条件下实施的，而在对市面上的干粉灭火剂进行性能检验时，往往需要多批次反复测量从而判定干粉灭火剂是否满足灭火性能，在这样的应用场景下，以上方案均不能高效实现大批量反复检测。

再比如中国专利文献CN105973775B记载了一种螺旋输送管内粉体浓度检测装置，其主要采用电极阵列检测介电性能从而实现粉体浓度检测，但是此时粉体并不处于喷射或抛射的状态，因此，该检测装置并不适于粉体相对动态浓度检测。

在一些相关技术中，会采用诸如风扇等气流装置吹动粉体，从而使粉体尽可能的在空间中弥散，从而进行粉体动态浓度测量，但是由于气流本身不均匀，因此会由于传感器设置的位置导致测量结果失真。

在中国专利文献CN206857730U中记载了一种轻质碳酸钙粉体气流输送系统，其采用气流带动粉体进入到一个旋风分离器后将粉体和气体，其采用旋风分离器的目的在于粉体干燥同时实现气粉分离，其在进入旋风分离器之前设置的浓度检测是为了实现进风量和进粉量的控制，而不是实现粉体的相对动态浓度检测。

因此，针对粉体相对动态浓度的高效测量的问题，尚没有一种有效的解决方案。

发明内容

本发明的内容部分用于以简要的形式介绍构思，这些构思将在后面的具体实施方式部分被详细描述。本发明的内容部分并不旨在标识要求保护的技术方案的关键特征或必要特征，也不旨在用于限制所要求的保护的技术方案的范围。

本发明的一些实施例提出粉体动态浓度测量装置及方法，来解决以上背景技术部分提到的技术问题。

作为本发明的第一方面，本发明的一些实施例提供了一种粉体动态浓度测量装置，包括：粉料盒，用于存储待测量的粉体；分离器，用于将气流与粉体进行分离；其中，所述分离器被构造为旋风分离器且设有粉体出口和气流出口；所述粉体动态浓度测量装置还包括：初级进料管，连通至所述粉料盒以承接所述粉料盒下落的粉料；次级进料管，连通至所述分离器以向所述分离器输送来自所述粉料盒的粉料；过渡连接管，分别连通至所述初级进料管和所述次级进料管以使所述初级进料管中的粉料进入所述次级进料管；测量罐体，转动连接至所述分离器的下方且设有与所述分离器的粉体出口对接的进罐口；主驱电机，用于驱动所述测量罐体绕中央轴线转动；激光发射器，用于发射激光光线；激光接收器，用不接收激光光线；其中，所述激光发射器与所述激光接收器均安装至所述测量罐体的侧壁且在所述中央轴线的径向上一一对应设置以使所述激光发射器发射的激光光线沿所述中央轴线的径向被所述激光接收器所接收。

进一步的，所述粉体动态浓度测量装置还包括：初级气流元件，用于产生带动所述初级进料管中的粉料的气流；在所述初级进料管的延伸方向上，所述粉料盒设置在所述初级气流元件和所述过渡连接管之间。

进一步的，所述粉体动态浓度测量装置还包括：次级气流元件，用于产生带动所述次级进料管中的粉料的气流；在所述次级进料管的延伸方向上，所述过渡连接管设置在所述次级气流元件和所述分离器之间。

进一步的，所述粉体动态浓度测量装置还包括：分散装置，用于分散所述过渡连接管中的粉料；其中，所述分散装置包括：分散旋桨，转动的设置在所述过渡连接管中；分散电机，用于驱动所述分散旋桨绕分散轴线转动；其中，所述分散旋桨转动所环绕的分散轴线平行于所述测量罐体转动所环绕的中央轴线；所述分散旋桨具有一个沿以所述分散轴线为对称轴线的螺旋线延伸而成螺旋桨体。

进一步的，所述粉体动态浓度测量装置还包括：调节气流元件，用于调节所述分离器的气流出口处的气流流量。

进一步的，所述粉体动态浓度测量装置还包括：收集罐体，用于存储所述测量罐体下落的粉体；其中，所述收集罐体设置在所述测量罐体下方且与所述测量罐体构成转动连接。

进一步的，相异的所述激光发射器设置在所述中央轴线的相异的周向位置。

进一步的，相异的所述激光发射器设置在所述中央轴线的相异的轴向位置。

进一步的，在所述中央轴线的轴向上相邻的两个所述激光发射器设置在所述中央轴线的相异的周向位置。

进一步的，在所述中央轴线的周向上相邻的两个所述激光发射器设置在所述中央轴线的相异的轴向位置。

进一步的，所述测量罐体包括：罐顶部，用于形成所述进罐口；罐壁部，用于形成安装所述激光发射器或所述激光接收器的侧壁；罐颈部，用于形成设置在所述罐口部与所述罐壁部之间以连接它们的顶壁；其中，所述罐颈部的顶壁与所述罐壁部的侧壁垂直设置；所述罐颈部的顶壁与所述测量罐体的中央轴线的垂直设置。

进一步的，所述罐壁部的侧壁的内侧面被构造为具有一个圆柱面。

进一步的，所述罐顶部的顶壁的内侧面被构造为具有一个圆形平面。

作为本发明的第二方面，本发明的一些实施例提供了一种粉体动态浓度测量方法，该方法至少由上述的粉体动态浓度测量装置所执行，具体而言，该方法主要包括如下步骤：使所述粉料盒中的粉体经过所述初级进料管、过渡连接管和次级进料管进入至所述分离器；使所述分离器的分离出的粉体至少在重力作用下进入所述测量罐体；使所述激光发射器发射激光光线穿过所述测量罐体中粉料弥散的区域并使对应的所述激光接收器接收对应的激光光线；对所述激光接收器所接收的激光光线的强度进行测量；使所述测量罐体转动从而使一个所述激光发射器处于所述中央轴线不同的周向位置；根据公式lg(I₀/ I)=K×ρ×L以及所述激光发射器发射的激光光线的强度I₀与所述激光接收器所接收的激光光线的强度I计算所述测量罐体中粉料弥散的区域中的粉料的动态浓度ρ，其中，K为摩尔吸光系数，L为所述激光接收器所接收的激光光线的光程长度。

进一步的，所述使所述粉料盒中的粉体经过所述初级进料管、过渡连接管和次级进料管进入至所述分离器包括：

驱动所述初级气流元件转动以产生带动所述初级进料管中的粉料的气流。

进一步的，所述使所述粉料盒中的粉体经过所述初级进料管、过渡连接管和次级进料管进入至所述分离器包括：

驱动所述次级气流元件转动以产生带动所述次级进料管中的粉料的气流。

进一步的，所述使所述粉料盒中的粉体经过所述初级进料管、过渡连接管和次级进料管进入至所述分离器包括：

启动所述分散电机以驱动所述分散旋桨转动以打散所述过渡连接管中的粉体。

进一步的，所述使所述粉料盒中的粉体经过所述初级进料管、过渡连接管和次级进料管进入至所述分离器包括：驱动所述调节气流元件的转动以调节所述分离器的气流出口处的气流流量。

进一步的，所述粉体动态浓度测量方法还包括如下步骤：

采用所述收集罐体收集由所述测量罐体内落下的粉料。

进一步的，将位于所述中央轴线的相同轴向位置的两个所述激光发射器所发射的激光光线在所述中央轴线的周向上的夹角定义为测量夹角；所述收集罐体转动的最大的角度范围定义为最大转动角；所述最大转动角小于等于最小的所述测量夹角。

进一步的，所述收集罐体在所述最大转动角范围内往复转动。

进一步的，每当所述收集罐体转动至一个所述中央轴线的周向位置时，多个所述激光发射器依次发射激光光线。

进一步的，针对每个所述收集罐体转动至一个所述中央轴线的周向位置时，根据多个所述激光接收器所采集的激光光线的强度形成一组所述动态浓度。

进一步的，根据多个所述收集罐体转动至的多个周向位置时所采集的多组动态浓度的全部数据集合的平均值获取综合动态浓度。

本发明的有益效果在于：提供一种能高效便捷的粉体动态浓度测量装置及方法。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，使得本发明的其它特征、目的和优点变得更明显。本发明的示意性实施例附图及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

另外，贯穿附图中，相同或相似的附图标记表示相同或相似的元素。应当理解附图是示意性的，元件和元素不一定按照比例绘制。

在附图中：

图1是根据本发明一种实施例的粉体动态浓度测量装置的外形示意图；

图2是图1所示实施例的粉体动态浓度测量装置的敞开柜门状态的示意图；

图3是图1所示实施例的粉体动态浓度测量装置的被剖切后的示意图；

图4是图1所示实施例的粉体动态浓度测量装置的一部分部件的示意图；

图5是图4所示部分从另一视角观察的示意图；

图6是图4的一部分部件的示意图；

图7是图6所示部分被剖切后的示意图；

图8是图1所示实施例的粉体动态浓度测量装置的分散装置的示意图；

图9是图1所示实施例的粉体动态浓度测量装置的测量罐体处的示意图；

图10是图9所示部分被剖切后的示意图；

图11是图1所示实施例的粉体动态浓度测量装置的测量罐体被一个垂直于中央轴线的平面剖切的示意图；

图12是根据本发明一种实施例的粉体动态浓度测量方法的主要步骤示意图；

图13是根据本发明一种实施例的粉体动态浓度测量方法测量出的第一组动态密度数据的坐标示意图；

图14是根据本发明一种实施例的粉体动态浓度测量方法测量出的第二组动态密度数据的坐标示意图；

图15是根据本发明一种实施例的粉体动态浓度测量方法测量出的第三组动态密度数据的坐标示意图。

图中附图标记的含义：

100、粉体动态浓度测量装置；

101、装置柜；

1011、柜体；

1012、柜门；

1013a、顶层板；

1013b、中层板；

1013c、底层板；

1014、支撑架；

102、粉料盒；

1021、盒体；

1022、盒盖；

103、分离器；

1031、旋风筒；

1031a、风筒入口；

1031b、粉体出口；

1032、出气筒；

1032a、气流出口；

104、初级进料管；

1041、初级滤网；

105、次级进料管；

1051、次级滤网；

106、过渡连接管；

107、测量罐体；

1071、罐顶部；

1071a、进罐口；

1072、罐壁部；

1073、罐颈部；

1074、罐底部；

1075、齿环；

1076、中央轴线；

108、主驱电机；

1081、齿轮；

109、激光发射器；

110、激光接收器；

111、初级气流元件；

112、次级气流元件；

113、分散装置；

1131、分散旋桨；

1131a、螺旋桨体；

1132、分散电机；

1133、分散轴线；

114、调节气流元件；

115、收集罐体；

116、第一法兰管；

117、第一翻板；

118、第一翻转电机；

119、第二翻板；

120、第二翻转电机；

121、收集套管；

122、顶管法兰盘；

123、底管法兰盘；

124、第一轴承 ；

125、第二轴承；

126、第三轴承；

A、测量夹角。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的实施例。虽然附图中显示了本发明公开的某些实施例，然而应当理解的是，本发明公开可以通过各种形式来实现， 而且不应该被解释为限于这里阐述的实施例。相反，提供这些实施例是为了更加透彻和完整地理解本发明公开。应当理解的是，本发明公开的附图及实施例仅用于示例性作用，并非用于限制本发明公开的保护范围。

另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与有关发明相关的部分。在不冲突的情况下，本发明公开中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要注意，本发明公开中提及的“ 第一”、“第二”等概念仅用于对不同的装置、模块或单元进行区分，并非用于限定这些装置、模块或单元所执行的功能的顺序或者相互依存关系。

需要注意，本发明公开中提及的“一个”、“多个”的修饰是示意性而非限制性的，本发明领域技术人员应当理解，除非在上下文另有明确指出，否则应该理解为“一个或多个”。

本发明公开实施方式中的多个装置之间所交互的消息或者信息的名称仅用于说明性的目的， 而并不是用于对这些消息或信息的范围进行限制。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明公开。

参照图1至图11所示，作为本发明的一个实施例的粉体动态浓度测量装置100包括：装置柜101、粉料盒102、分离器103、初级进料管104、次级进料管105、过渡连接管106、测量罐体107、主驱电机108、激光发射器109、激光接收器110、初级气流元件111、次级气流元件112、分散装置113、调节气流元件114和收集罐体115。

参照图2和图3所示，其中，装置柜101包括：柜体1011、柜门1012、和若干隔板。柜体1011内形成有容纳隔板和其他部件的空间。柜门1012可转动的连接至柜体1011以使用户在需要时可以打开，从而对柜体1011内部的部件进行修理或更换等维护措施。隔板用于支撑或安装柜体1011内部的部件。更具体而言，柜体1011或柜门1012设置有通孔以使部分部件可以露出柜体1011。

参照图3至图8所示，为了实现测量功能，具体而言，粉料盒102用于存储待测量的粉体。粉料盒102包括盒体1021和盒盖1022。其中，盒体1021内部设有料仓空间用于填装粉体，盒体1021顶部设有敞口，盒体1021的底部被构造为圆锥形以使粉体能够在盒体1021底部聚拢进入到初级进料管104；盒盖1022可拆卸安装在盒体1021的顶部，在需要时，打开盒盖1022即可以向盒体1021的料仓空间添加粉料。作为优选方案，柜体1011顶部设有的通孔使盒体1021的顶部和盒盖1022露出，从而使用户不用打开柜门1012即可以添加粉料。作为进一步的优选方案，盒体1021底部与初级进料管104连通，并且在盒体1021底部设有一个第一法兰管116以及设置在第一法兰管116内部的第一翻板117，该第一翻板117转动连接在第一法兰管116内部，在第一法兰管116外部设有第一翻转电机118，该第一翻转电机118的电机轴与第一翻板117构成止转连接，从而在第一翻转电机118的电机轴转动时，可以使第一翻板117调整角度从而调整第一法兰管116能够被粉体通过的通道大小，这样就能控制粉料盒102下落到初级进料管104的粉体的流量。

初级进料管104连通至粉料盒102以承接粉料盒102下落的粉料，初级进料管104设置在粉料盒102的下方，粉料盒102的粉体在重力的作用下可以通过第一法兰管116进入到初级进料管104。作为优选方案，初级进料管104大致沿水平方向延伸。为了带动初级进料管104中的粉体，作为优选方案，在初级进料管104的端部设置有初级气流元件111，该初级气流元件111用于产生带动初级进料管104中的粉料的气流。

具体的，在初级进料管104的延伸方向上，粉料盒102设置在初级气流元件111和过渡连接管106之间。

更具体的，粉料盒102与初级进料管104的连通处位于初级气流元件111和过渡连接管106之间，这样气流经过粉料盒102与初级进料管104的连通处时将粉料盒102落下的粉体带动至过渡连接管106。

作为具体方案，初级气流元件111可以被构造为一个轴流风扇装置。并且在初级气流元件111和粉料盒102（与初级进料管104）的连通处之间设有一个初级滤网1041，以防止杂物随气流进入至初级进料管104。

次级进料管105连通至分离器103以向分离器103输送来自粉料盒102的粉料，过渡连接管106分别连通至初级进料管104和次级进料管105以使初级进料管104中的粉料进入次级进料管105。类似的，次级进料管105也大致沿水平方向延伸，为了带动次级进料管105中粉体进入到分离器103，在次级进料管105的端部设置有次级气流元件112，该次级气流元件112用于产生带动次级进料管105中的粉料的气流。

作为优选方案，次级进料管105分为两部分以能在次级进料管105中设置一个第二翻板119，第二翻板119可转动的设置在次级进料管105中，在次级进料管105的外部设置有一个第二翻转电机120；第二翻转电机120的电机轴止转连接至第二翻板119，在第二翻转电机120运行是可以转动第二翻板119从而改变次级进料管105的能够被粉体通过的通道大小。

具体的，在次级进料管105的延伸方向上，过渡连接管106设置在次级气流元件112和分离器103之间。

更具体的，过渡连接管106与次级进料管105的连通处位于次级气流元件112和分离器103之间。

这样一来气流经过过渡连接管106与次级进料管105的连通处时将粉料盒102落下的粉体带动至过渡连接管106。

作为具体方案，初级气流元件111可以被构造为一个轴流风扇装置。并且在次级气流元件112和过渡连接管106（与次级进料管105）的连通处之间设有一个次级滤网1051，以防止杂物随气流进入至次级进料管105。

为了在粉料进入到分离器103之前，能够被充分打散，作为具体方案，在过渡连接管106中设置有分散装置113。该分散装置113主要用于分散过渡连接管106中的粉料，具体的，分散装置113包括：分散旋桨1131和分散电机1132。其中，分散旋桨1131转动的设置在过渡连接管106中；分散电机1132用于驱动分散旋桨1131绕分散轴线1133转动，分散电机1132设置在过渡连接管106外部；分散旋桨1131转动所环绕的分散轴线1133平行于测量罐体107转动所环绕的中央轴线1076；分散旋桨1131具有一个沿以分散轴线1133为对称轴线的螺旋线延伸而成螺旋桨体1131a。通过上述方案，分散旋桨1131在打散粉体中可能出现的结块外，通过螺旋桨体1131a可以向过渡连接管106延伸的方向输运粉体。

具体而言，隔板具体包括两个顶层板1013a，上述的初级进料管104、次级进料管105以及过渡连接管106通过柜体1011内顶层的两个顶层板1013a构成被支撑在柜体1011内部。

参照图2至图7所示，隔板还包括：中层板1013b，该中层板1013b设置在顶层板1013a的下方。分离器103由柜体1011中层板1013b上设置的支撑架1014所支撑，分离器103用于将气流与粉体进行分离；具体的，分离器103被构造为旋风分离器103且设有粉体出口1031b和气流出口1032a，具体而言，分离器103采用的是一般的旋风分离器103的结构，包括旋风筒1031和出气筒1032；旋风筒1031大致被构造为具有由上至下逐渐收缩的圆锥体形的空腔，其中央位置设置出气筒1032，出气筒1032插入至圆锥体形的空腔；旋风筒1031的中部设有风筒入口1031a，旋风筒1031的底部设有粉体出口1031b，出气筒1032的顶部设有气流出口1032a。

分离器103采用的是一般旋风分离器103的结构和工作原理，其能将携带粉体气流与粉体从风筒入口1031a处进入后通过旋风分离原理进行分离；从而使粉体从旋风筒1031的底部的粉体出口1031b排出，而使气流从出气筒1032的顶部的气流出口1032a排出。分离器103的具体构造和原理为本领域一般技术人员所熟知的技术方案，在此不加赘述。

作为优选方案，旋风筒1031的由上至下逐渐收缩的圆锥体形的空腔的内壁所在的圆锥面的圆锥斜角的取值范围为15度至25度，作为进一步的优选，该圆锥斜角的取值范围为17度至20度，最优选的圆锥斜角为18度。

通过上述方案中粉料和气体的流动方向的设计，第一翻转电机118驱动第一翻板117转动一定角度，使粉料盒102的粉体下落到初级进料管104，然后，在初级气流元件111吹动下，粉体沿着初级进料管104运动至分散旋桨1131，由旋转的分散旋桨1131将粉体打散，然后输运至次级进料管105，再由次级气流元件112吹送至分离器103的风筒入口1031a，然后在旋风筒1031的空腔的外周形成向下的螺旋气流，而在旋风筒1031的中部，尤其是对应出气筒1032投影的部分形成向上流动气流，从而气流从而周边带动粉体下降到粉体出口1031b使粉体排出然后气流从旋流中心的向上攀升至气流出口1032a，从而实现粉体和气流的分离。

测量罐体107转动连接至分离器103的下方且设有与分离器103的粉体出口1031b对接的进罐口1071a。

具体而言，隔板还包括：底层板1013c，该底层板1013c设置在中层板1013b的下方。测量罐体107设置在中层板1013b和底层板1013c之间。测量罐体107与中层板1013b之间设有第一轴承；测量罐体107与底层板1013c之间设有第二轴承125，测量罐体107通过第一轴承和第二轴承125可转动安装在中层板1013b和底层板1013c之间。

具体而言，测量罐体107包括：罐顶部1071、罐颈部1073、罐底部1074。测量罐内部设有罐内空间，罐顶部1071设有进罐口1071a或连通进罐口1071a的通孔，罐底部1074设有出罐口。进罐口1071a和出罐口均连通至罐内空间。分离器103的底部穿过中层板1013b对接到进罐口1071a；测量罐体107的罐底部1074穿过底层板1013c以使出罐口对接到收集罐体115。作为具体方案，为了是测量罐体107中的粉体汇聚，罐底部1074被构造为具有上大下小的圆锥形内壁。

在测量罐体107的罐底部1074的外侧止转连接有一个齿环1075，主驱电机108的电机轴止转连接有一个齿轮1081，该齿轮1081与罐底部1074的齿环1075啮合，在主驱电机108运转时可以驱动测量罐体107绕中央轴线1076转动。主驱电机108可以通过一个固定连接到柜体1011侧壁支架（图中未示出）进行位置固定。

作为具体方案，罐顶部1071用于形成进罐口1071a；罐壁部1072用于形成安装激光发射器109或激光接收器110的侧壁；罐颈部1073用于形成设置在罐口部与罐壁部1072之间以连接它们的顶壁；其中，罐颈部1073的顶壁与罐壁部1072的侧壁垂直设置；罐颈部1073的顶壁与测量罐体107的中央轴线1076的垂直设置。这样相当于粉体在通过进罐口1071a后，罐内空间向中央轴线1076的径向方向突然扩展，这样一来，从进罐口1071a进入的粉料由于空间的扩展压力突然释放，粉体下落得到缓冲从而在罐内空间中改变原来旋转下落的状态而变成向周边方向弥散。这样能够使粉体更容易以均匀的方式充满罐内空间，从而模拟粉体在真实使用状态下在空间中弥散的状态。

需要说明的是，这里分离器103采用旋风分离器103的目的并非是为了实现气流和粉体的分离，而是采用旋风分离器103的原理使待测粉体在进入测量罐体107的罐内空间时产生旋流方向上运动分量从而在进入测量罐体107内部时在测量罐体107突然增大的空间作用下产生多方向弥散效果。

为了实现对测量罐体107内已经弥散的粉体的动态密度的测量，具体而言，在测量罐体107的侧壁，即罐壁部1072的罐壁处安装有激光发射器109和激光接收器110。其中，激光发射器109用于发射激光光线；激光接收器110用于接收激光光线。

为了实现测量光路，激光发射器109与激光接收器110均安装至测量罐体107的侧壁且在中央轴线1076的径向上一一对应设置以使激光发射器109发射的激光光线沿中央轴线1076的径向被激光接收器110所接收。

需要说明的是，中央轴线1076的径向、轴向以及周向分别是指以中央轴线1076为回转轴线的一个虚拟圆柱体的径向、轴向以及周向。本发明基于轴线的径向、轴向以及周向均可以是中央轴线1076为回转轴线的一个虚拟圆柱体的径向、轴向以及周向。

参照图4和5以及图9和图10，激光发射器109和激光接收器110为了能够更好的测量粉体在空间弥散时的动态密度，并且为了配合粉体在测量罐体107内旋流弥散的方式。作为具体方案，相异的激光发射器109设置在中央轴线1076的相异的周向位置；相异的激光发射器109设置在中央轴线1076的相异的轴向位置。

在中央轴线1076的轴向上相邻的两个激光发射器109设置在中央轴线1076的相异的周向位置；在中央轴线1076的周向上相邻的两个激光发射器109设置在中央轴线1076的相异的轴向位置。

更具而言，以上方案相当于，将多组对应的激光发射器109和激光接收器110进行分层布置以设置在不同的高度位置（中央轴线1076不同的轴向位置）；而在一层中多组对应的激光发射器109和激光接收器110分别设置不同的水平方位（中央轴线1076不同的周向位置）；一层相对另一层的激光发射器109错开一定的角度，这样形成激光光线如果仅标记发射点的话，近似于设置在一个以中央轴线1076为回转轴线的虚拟圆柱体的圆柱面的一个虚拟螺旋线上。

这样通过调整初级气流元件111、次级气流元件112、调节气流元件114产生气流的大小以及调整第一翻板117和第二翻板119的角度以控制粉料的通过量，得以实现对最终进入到测量罐体107内部的粉体旋流的调整，从而使粉体旋流能够大致对应到上述虚拟螺旋线上，这样通过多个设置虚拟螺旋线上的多组对应设置的激光发射器109和激光接收器110的激光光线穿过的路线上粉体弥散程度相对均匀。

参照图3至图5以及图10所示，为了收集从测量罐体107中落下的粉体，在测量罐体107的下方还设置有收集罐体115和收集套管121。其中，收集罐体115主要用于存储测量罐体107下落的粉体，收集套管121用于使测量罐体107与收集罐体115连通。

具体而言，收集罐体115可拆卸的设置在柜体1011内部，其设置在底层板1013c的下方，在其收集的粉体满仓时可以取出该收集罐体115进行粉体回收或倾倒。作为可选方案，该收集罐体115大致被构造为具有回转体的内部空间，从而在中央轴线1076的方向上保持压力的均匀，避免对测量罐体107中的粉体弥散造成偏置影响。另外为了平衡气压，可以在测量罐体107的顶壁上开设有周向上均匀设置的通气孔（图中未示出），从而保持手机罐体内外的压力平衡。作为可选方案，可以在柜体1011内侧最底面设置卡槽（图中未示出）等结构以限制收集罐体115的安装位置。

具体而言，收集套管121的作用于在收集罐体115和测量罐体107之间提供一个连通的通道，具体而言，收集套管121被构造为软管，这样可以方便拆卸收集罐体115时，提供一定的自由度。由于测量罐体107是相对转动的，而收集罐体115是相对固定的，为了更好的实现它们之间对接，在收集套管121的顶端和底端分别固定连接只有顶管法兰盘122和底管法兰盘123。其中，顶管法兰盘122形成有一个端部槽（图中未标示），在该端部槽中设有一个第三轴承126，测量罐体107的罐底部1074的末端形成一个圆柱筒，该圆柱筒插入在第三轴承126的内侧以使测量罐体107的底部通过第三轴承126与顶管法兰盘122构成转动连接，即在测量罐体107转动时顶管法兰盘122并不随之转动。

为了防止顶管法兰盘122转动，在柜体1011内壁和顶管法兰盘122之间设置一个固定支架（图中未示出）从而固定顶管法兰盘122，也能将顶管法兰盘122、底管法兰盘123和收集套管121的整体能够悬挂在柜体1011内部。

底管法兰盘123连接在收集套管121底部，收集罐体115的顶部也被构造为一个圆柱筒，收集罐体115的罐口设置在圆柱筒的顶部，类似的，该圆柱筒的插入至底管法兰盘123中。由于底管法兰盘123本身的重量所以可以有效套装至收集罐体115的圆柱筒，作为可选方案，可以在底管法兰盘123内侧也开设端部槽（图中未示出），在该端部槽中内嵌一个磁环，同时收集罐体115的顶部可以采用含铁的金属材料制成，从而使底管法兰盘123与收集罐体115顶部构成相对紧密的连接。

当然，也可以采用其他的方式使测量罐体107和收集罐体115构成连通。

参照图12所示，本发明还提供一种粉体动态浓度测量方法，其至少由上述的粉体动态浓度测量装置100所执行和实现。

具体而言，该粉体动态浓度测量方法主要包括如下步骤：

S201：使粉料盒102中的粉体经过初级进料管104、过渡连接管106和次级进料管105进入至分离器103。

当然，在进行步骤S201之前，需要向粉料盒102中添加足量的待测量的粉体。然后，打开设备从使初级气流元件111、次级气流元件112、调节气流元件114以及分散装置113按照设定运行。同时，也需要控制第一翻板117和第二翻板119的角度从而实现粉体通道的大小控制。

即步骤S201还包括：

驱动所述初级气流元件111转动以产生带动所述初级进料管104中的粉料的气流；

驱动所述次级气流元件112转动以产生带动所述次级进料管105中的粉料的气流；

启动所述分散电机1132以驱动所述分散旋桨1131转动以打散所述过渡连接管106中的粉体；

驱动所述调节气流元件114的转动以调节所述分离器103的气流出口1032a处的气流流量。

如前所述，通过上述方案可以驱动粉料进入到分离器103中。

S202：使分离器103的分离出的粉体至少在重力作用下进入测量罐体107。这里需要说明的是，除重力作用以外还有气流带动时产生的惯性作用，当然同时也有部分气流进入到测量罐体107中。如前所述，粉体在进入测量罐体107中时，由于空间突然变大，使粉体以旋流的方式在测量罐体107中弥散，从而相对均匀的填充了测量罐体107内的空间。

S203：使激光发射器109发射激光光线穿过测量罐体107中粉料弥散的区域并使对应的激光接收器110接收对应的激光光线。

S204：对激光接收器110所接收的激光光线的强度进行测量。

S205：使测量罐体107转动从而使一个激光发射器109处于中央轴线1076不同的周向位置。

本发明主要基于朗伯比尔定律中对穿过介质后光强度衰减与介质浓度相关的原理，该原理用于粉体动态浓度检测为本领域一般技术人员所熟知的技术手段。

具体而言，上述步骤S203至S205是循环执行的，即可以先执行步骤S203至S205。然后，再转回执行步骤S203使一组对应的激光发射器109和激光接收器110能够对应多个周向上的测量位置从而提高数据采样范围。

作为优选方案，考虑到激光发射器109和激光接收器110尾部线缆的问题，将测量罐体107的转动设定为小角度范围的往复转动，这样不容易引起线缆缠绕的问题，同时由于在周向上布置了多组激光发射器109和激光接收器110所以这样仍能通过转动覆盖所需要的周向位置。具体而言，将位于中央轴线1076的相同轴向位置（即同一层）的两个激光发射器109所发射的激光光线在中央轴线1076的周向上的夹角定义为测量夹角A；收集罐体115转动的最大的角度范围定义为最大转动角；最大转动角小于等于最小的测量夹角A；收集罐体115在最大转动角范围内往复转动；每当收集罐体115转动至一个中央轴线1076的周向位置时，多个激光发射器109依次发射激光光线。

S206：根据公式lg(I0/ I)=K×ρ×L以及激光发射器109发射的激光光线的强度I0与激光接收器110所接收的激光光线的强度I计算测量罐体107中粉料弥散的区域中的粉料的动态浓度ρ，其中，K为摩尔吸光系数，L为激光接收器110所接收的激光光线的光程长度。由于，摩尔吸光系数以及光程长度L均为已知且固定的，所以系统可以通过上述公式计算得出粉体的动态浓度ρ，然后与该类粉体已知的灭火密度进行比较，即可以获知当前粉体是否能满足灭火的性能要求。

S207：采用收集罐体115收集由测量罐体107内落下的粉料。

为了数据的准确性，作为具体方案，针对每个收集罐体115转动至一个中央轴线1076的周向位置时，根据多个激光接收器110所采集的激光光线的强度形成一组动态浓度；根据多个收集罐体115转动至的多个周向位置时所采集的多组动态浓度的全部数据集合的平均值获取综合动态浓度。与粉体已知的灭火密度进行比较时，采用上述综合动态浓度进行比较。

作为更为具体方案，这里平均值可以为算术平均值、中位数或几何平均值。在考虑到重力作用时，对于不同高度的一组激光发射器109和激光接收器110所得出的动态浓度ρ可以进行系数修正，此时该平均值还可以是加权平均值。

另外，需要说明的是，本发明测量动态浓度的目的不是为了获取动态浓度的绝对值，而是在面对大量样品时，测量这些样品能否满足灭火需求。并且可以通过各个气流元件以及粉体流量调节，调节粉体进入测量罐体107的量和弥散程度，从而获取能代表粉体灭火能力的弥散状态进行测量。

图13至图15为具有三层对应激光发射器109和激光接收器110的粉体动态浓度测量装置100的设备在测量罐体107转动3次后不同层的多组对应的激光发射器109和激光接收器110所测得的动态浓度ρ的数据的坐标点，横坐标为-Ln（I/ I0），即lg(I0/ I)，纵坐标为动态浓度ρ。

每层设有四组激光发射器109和激光接收器110，这样该层在测量罐体107转动3次后能够获得12个动态浓度。

图13为第一层（最顶层）的四组激光发射器109和激光接收器110的坐标点；图14为第二层（中层）的四组激光发射器109和激光接收器110的坐标点；图15为第三层（最底层）的四组激光发射器109和激光接收器110的坐标点。

通过图13至图15可知，采用以上硬件方案以及方法测得动态浓度ρ相对较为集中，可以反映粉体整体的一个动态浓度情况。作为进一步优选方案，可以采用图形聚类的方式处理图13至图15中的数据点，将聚类结果中数据点最大的集合作为数据集，然后计算该数据集的平均数，这样可以有效的降低偏差数据对于最懂的综合动态浓度的影响。

以上描述仅为本发明公开的一些较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本发明公开的实施例中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离上述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本发明公开的实施例中公开的（但不限于）具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

Claims (23)

1.一种粉体动态浓度测量装置，包括：

粉料盒，用于存储待测量的粉体；

分离器，用于将气流与粉体进行分离；

其中，所述分离器被构造为旋风分离器且设有粉体出口和气流出口；

其特征在于：

所述粉体动态浓度测量装置还包括：

初级进料管，连通至所述粉料盒以承接所述粉料盒下落的粉料；

次级进料管，连通至所述分离器以向所述分离器输送来自所述粉料盒的粉料；

过渡连接管，分别连通至所述初级进料管和所述次级进料管以使所述初级进料管中的粉料进入所述次级进料管；

测量罐体，转动连接至所述分离器的下方且设有与所述分离器的粉体出口对接的进罐口；

主驱电机，用于驱动所述测量罐体绕中央轴线转动；

激光发射器，用于发射激光光线；

激光接收器，用于接收激光光线；

其中，所述激光发射器与所述激光接收器均安装至所述测量罐体的侧壁且在所述中央轴线的径向上一一对应设置以使所述激光发射器发射的激光光线沿所述中央轴线的径向被所述激光接收器所接收；

初级气流元件，用于产生带动所述初级进料管中的粉料的气流；

次级气流元件，用于产生带动所述次级进料管中的粉料的气流；

分散装置，用于分散所述过渡连接管中的粉料；

所述测量罐体包括：

罐顶部，用于形成进罐口；

罐壁部，用于形成安装所述激光发射器或所述激光接收器的侧壁；

罐颈部，用于形成设置在罐口部与所述罐壁部之间以连接它们的顶壁；

其中，所述罐颈部的顶壁与所述罐壁部的侧壁垂直设置；所述罐颈部的顶壁与所述测量罐体的中央轴线的垂直设置。

2.根据权利要求1所述的粉体动态浓度测量装置，其特征在于：

所述粉体动态浓度测量装置还包括：

在所述初级进料管的延伸方向上，所述粉料盒设置在所述初级气流元件和所述过渡连接管之间。

3.根据权利要求2所述的粉体动态浓度测量装置，其特征在于：

所述粉体动态浓度测量装置还包括：

在所述次级进料管的延伸方向上，所述过渡连接管设置在所述次级气流元件和所述分离器之间。

4.根据权利要求3所述的粉体动态浓度测量装置，其特征在于：

所述粉体动态浓度测量装置还包括：

其中，所述分散装置包括：

分散旋桨，转动的设置在所述过渡连接管中；

分散电机，用于驱动所述分散旋桨绕分散轴线转动；

其中，所述分散旋桨转动所环绕的分散轴线平行于所述测量罐体转动所环绕的中央轴线；所述分散旋桨具有一个沿以所述分散轴线为对称轴线的螺旋线延伸而成螺旋桨体。

5.根据权利要求1所述的粉体动态浓度测量装置，其特征在于：

所述粉体动态浓度测量装置还包括：

调节气流元件，用于调节所述分离器的气流出口处的气流流量。

6.根据权利要求1所述的粉体动态浓度测量装置，其特征在于：

所述粉体动态浓度测量装置还包括：

收集罐体，用于存储所述测量罐体下落的粉体；

其中，所述收集罐体设置在所述测量罐体下方且与所述测量罐体构成转动连接。

7.根据权利要求1至6任意一项所述的粉体动态浓度测量装置，其特征在于：

相异的所述激光发射器设置在所述中央轴线的相异的周向位置。

8.根据权利要求7所述的粉体动态浓度测量装置，其特征在于：

相异的所述激光发射器设置在所述中央轴线的相异的轴向位置。

9.根据权利要求8所述的粉体动态浓度测量装置，其特征在于：

在所述中央轴线的轴向上相邻的两个所述激光发射器设置在所述中央轴线的相异的周向位置。

10.根据权利要求9所述的粉体动态浓度测量装置，其特征在于：

在所述中央轴线的周向上相邻的两个所述激光发射器设置在所述中央轴线的相异的轴向位置。

11.根据权利要求10所述的粉体动态浓度测量装置，其特征在于：

所述罐壁部的侧壁的内侧面被构造为具有一个圆柱面。

12.根据权利要求11所述的粉体动态浓度测量装置，其特征在于：

所述罐顶部的顶壁的内侧面被构造为具有一个圆形平面。

13.一种粉体动态浓度测量方法，其特征在于：

至少由如权利要求1所述的粉体动态浓度测量装置所执行；

所述粉体动态浓度测量方法包括如下步骤：

使所述粉料盒中的粉体经过所述初级进料管、过渡连接管和次级进料管进入至所述分离器；

使所述分离器的分离出的粉体至少在重力作用下进入所述测量罐体；

使所述激光发射器发射激光光线穿过所述测量罐体中粉料弥散的区域并使对应的所述激光接收器接收对应的激光光线；

对所述激光接收器所接收的激光光线的强度进行测量；

使所述测量罐体转动从而使一个所述激光发射器处于所述中央轴线不同的周向位置；

根据公式lg(I₀/ I)=K×ρ×L以及所述激光发射器发射的激光光线的强度I₀与所述激光接收器所接收的激光光线的强度I计算所述测量罐体中粉料弥散的区域中的粉料的动态浓度ρ，其中，K为摩尔吸光系数，L为所述激光接收器所接收的激光光线的光程长度。

14.根据权利要求13所述的粉体动态浓度测量方法，其特征在于：

所述粉体动态浓度测量装置还包括：

初级气流元件，用于产生带动所述初级进料管中的粉料的气流；

在所述初级进料管的延伸方向上，所述粉料盒设置在所述初级气流元件和所述过渡连接管之间；

所述使所述粉料盒中的粉体经过所述初级进料管、过渡连接管和次级进料管进入至所述分离器包括：

驱动所述初级气流元件转动以产生带动所述初级进料管中的粉料的气流。

15.根据权利要求14所述的粉体动态浓度测量方法，其特征在于：

所述粉体动态浓度测量装置还包括：

次级气流元件，用于产生带动所述次级进料管中的粉料的气流；

在所述次级进料管的延伸方向上，所述过渡连接管设置在所述次级气流元件和所述分离器之间；

所述使所述粉料盒中的粉体经过所述初级进料管、过渡连接管和次级进料管进入至所述分离器还包括：

驱动所述次级气流元件转动以产生带动所述次级进料管中的粉料的气流。

16.根据权利要求15所述的粉体动态浓度测量方法，其特征在于：

所述粉体动态浓度测量装置还包括：

分散装置，用于分散所述过渡连接管中的粉料；

其中，所述分散装置包括：

分散旋桨，转动的设置在所述过渡连接管中；

分散电机，用于驱动所述分散旋桨绕分散轴线转动；

其中，所述分散旋桨转动所环绕的分散轴线平行于所述测量罐体转动所环绕的中央轴线；所述分散旋桨具有一个沿以所述分散轴线为对称轴线的螺旋线延伸而成螺旋桨体；

所述使所述粉料盒中的粉体经过所述初级进料管、过渡连接管和次级进料管进入至所述分离器还包括：

启动所述分散电机以驱动所述分散旋桨转动以打散所述过渡连接管中的粉体。

17.根据权利要求16所述的粉体动态浓度测量方法，其特征在于：

所述粉体动态浓度测量装置还包括：

调节气流元件，用于调节所述分离器的气流出口处的气流流量；

所述使所述粉料盒中的粉体经过所述初级进料管、过渡连接管和次级进料管进入至所述分离器还包括：

驱动所述调节气流元件的转动以调节所述分离器的气流出口处的气流流量。

18.根据权利要求13所述的粉体动态浓度测量方法，其特征在于：

所述粉体动态浓度测量装置还包括：

收集罐体，用于存储所述测量罐体下落的粉体；

其中，所述收集罐体设置在所述测量罐体下方且与所述测量罐体构成转动连接；

所述粉体动态浓度测量方法还包括如下步骤：

采用所述收集罐体收集由所述测量罐体内落下的粉料。

19.根据权利要求18所述的粉体动态浓度测量方法，其特征在于：

将位于所述中央轴线的相同轴向位置的两个所述激光发射器所发射的激光光线在所述中央轴线的周向上的夹角定义为测量夹角；

所述收集罐体转动的最大的角度范围定义为最大转动角；

所述最大转动角小于等于最小的所述测量夹角。

20.根据权利要求19所述的粉体动态浓度测量方法，其特征在于：

所述收集罐体在所述最大转动角范围内往复转动。

21.根据权利要求20所述的粉体动态浓度测量方法，其特征在于：

每当所述收集罐体转动至一个所述中央轴线的周向位置时，多个所述激光发射器依次发射激光光线。

22.根据权利要求21所述的粉体动态浓度测量方法，其特征在于：

针对每个所述收集罐体转动至一个所述中央轴线的周向位置时，根据多个所述激光接收器所采集的激光光线的强度形成一组所述动态浓度。

23.根据权利要求22所述的粉体动态浓度测量方法，其特征在于：

根据多个所述收集罐体转动至的多个周向位置时所采集的多组动态浓度的全部数据集合的平均值获取综合动态浓度。

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