专利名称：流化床颗粒运动的非接触式三维测量装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种气固流化床颗粒运动的测量方法及测量装置，属于流化床和多相流测量技术领域。
背景技术：
气固流化床在催化裂化、煤燃烧、煤气化等工业上有着广泛应用。流化床燃烧、气化等热处理技术由于效率高、减容明显、能回收热能等优点，已成为可实现大规模资源化处置利用固体废弃物和城市生活垃圾的主流技术。流化床热处理技术的科学研究、工程设计和工业应用中，都需要掌握不同操作参数下床内颗粒的运动规律。流化床颗粒运动规律的掌握，是认识气固传热传质机理的关键，对流化床反应器设计和结构参数都优化具有重要的意义。气固流化床颗粒运动的测量主要是示踪法，即在流化床内掺入一定数量具有特殊标记的示踪颗粒，然后通过仪器跟踪或捕获示踪颗粒的运动。科学有效的颗粒运动测量方法应该具备对流场无干扰，达到三维、实时、准确和安全测量。过去几十年里，国内外研究者发明了热颗粒示踪、磷光颗粒示踪、染色颗粒示踪、磁性颗粒示踪和放射性颗粒示踪等测量颗粒运动的示踪方法。但这些示踪方法都存在或多或少的缺点:热颗粒示踪温度衰减快，精度不理想，无法进行三维测量；磷光颗粒示踪和染色颗粒示踪采用可见光捕获颗粒运动，三维测量困难；磁性颗粒示踪对流场有干扰；放射性颗粒示踪法如伽马射线层析成像，是国际上公认的最有效的颗粒示踪手段，但三维层析扫描时间长，层析成像速度与颗粒高速运动不匹配，此外有些放射性物质还存在安全问题。气固流化床颗粒运动的测量一直以来都是国际性难题，目前没有一种方法可以完全实现对流场无干扰、三维、实时、准确和安全测量。为了大力推动流化床热处理技术的科学研究、工程设计和工业应用，国内外众多高校、科研机构和企业都投入大量人力物力，致力于开发新型的颗粒运动测量方法及装置，以抢夺知识产权的高地。
发明内容技术问题:本实用新型旨在提出一种流化床颗粒运动的非接触式三维测量装置。采用伽马射线成像，对流场无干扰的情况下，实现对流化床颗粒运动的三维、实时、准确和安全测量。技术方案:本实用新型方法的基本思路如下:过在流化床外同一水平高度成90度布置两个伽马射线成像器，对气固流化床选定区域同步连续拍摄，捕获经放射性核素标记后能发出伽马射线的示踪颗粒运动时在两个正交平面的透视图像，再重构出颗粒在三维空间的运动轨迹。在流化床的正面和侧面各布置一套信号米集和传输通路，正向通路依次由第一伽马射线探测器、灵敏信号放大器、第一脉冲信号转换器、正向模数采样器和正透视图生成�？榇钩桑徊嘞蛲芬来斡傻诙ぢ砩湎咛讲馄�、第二灵敏信号放大器、第二脉冲信号转换器、侧向模数采样器和侧透视图生成�？榇钩桑徽甘油忌赡？楹筒嗤甘油忌赡？椴⒘笥肴枷裰毓鼓？楹图扑慊�(相连；两个通路的第一伽马射线探测器和第二伽马射线探测器位于同一标高且相对流化床成90度各布置，正向模数采样器和侧向模数采样器之间连有同步时序发生器；在第一伽马射线探测器和第二伽马射线探测器的前端分别设有一个准直器。所述的准直器布置有29个前端大后端小的锥形孔，锥形孔横截面为正八边形结构，每个锥形孔前端面外接圆直径D2与锥形孔后端面外接圆直径D1满足关系D2/D1=L 3-1.5 ;准直器中心布置有一个锥形孔，其余中心向外分三层布置，在第一同心圆上均布4个锥形孔，第二同心圆上均布8个锥形孔，第三同心圆上均布16个锥形孔；三个同心圆的半径成等差数列，该等差数列的公差d与准直器外直径D、锥形孔前端面外接圆直径D2之间满足关系D2〈d彡0.125D0流化床颗粒运动的非接触式三维测量装置的测量方法在于在流化床的床料中投入经放射性化合物标记的示踪颗粒，示踪颗粒释放出伽马射线穿透流化床壁面通过准直器过滤后，进入伽马射线探测器产生电子脉冲信号，经灵敏信号放大器放大后，送入脉冲信号转换器转化成电压脉冲信号；由同步时序发生器控制正向模数采样器和侧向模数采样器同步采集电压脉冲信号并将其转化为数字信号，采集频率大于100赫兹；数字信号分别送入正透视图生成�？楹筒嗤甘油忌赡？樯蒟OZ平面投影图像和YOZ平面投影图像，两个平面图像经由三维图像重构�？樯蒟YZ空间三维图像，送入计算机，实现实时跟踪、显示和存储示踪颗粒的运动轨迹。示踪颗粒标记的放射性化合物为Na131I,标记过程中将示踪颗粒用浓度为5%_25%的Na131I水溶液浸泡3-5小时，使溶液均匀附着和渗透至颗粒内部，在温度80摄氏度以下的密闭空间中烘干。有益效果 :本实用新型提出的气固流化床颗粒混合的测量方法具有如下的特色及优点:(I)射线成像非接触式测量，测量过程不干扰流化床内的气固流动，较之介入式测
量准确。(2)标记示踪颗粒的放射性化合物为Na131I,属于临床医用低放射性能量标记物，技术成熟且对人体和环境安全。(3)伽马射线成像频率大于100赫兹，可以捕捉小于0.01秒过程颗粒的运动，特别适合于测量流化床颗�？焖僭硕饩隽艘酝喜闵杌虿阄錾璧燃际踔猩枋奔涑さ贾鲁上袼俣扔肟帕Ｔ硕俾什黄ヅ湮侍�。(4)同步时序发生器控制同步高速采样，实现实时测量。(5)三维图像重构将同一标高下同步采集的正透视图和侧透视图恢复成空间三维图像，实时跟踪、显示和存储示踪颗粒的三维运动轨迹，实现三维测量。
图1是本实用新型的流化床颗粒运动的非接触式三维测量装置系统示意图。图2是本实用新型中使用的准直器结构示意图。图3是图2中B-B向剖视结构示意图。[0020]以上图中有其中有:流化床1、第一伽马射线探测器21、第二伽马射线探测器22、灵敏信号放大器3,第一脉冲信号转换器41、第二脉冲信号转换器42,正向模数米样器5,侧向模数采样器6，同步时序发生器7，正透视图生成模块8，侧透视图生成�？�9，三维图像重构�？�10，计算机11，准直器12，床料13，示踪颗粒14，锥形孔15，锥形孔前端面16，锥形孔后端面17,第一同心圆18、第二同心圆19、第三同心圆20。
具体实施方式
下面参照图1具体说明本实用新型的技术路线和目标的实现:首先选取少量床料13，使用质量分数为20%的Na131I水溶液浸泡4小时，取出后经60摄氏度密封烘干3小时制成示踪颗粒14，示踪颗粒14中放射性化合物的携带量为
0.5-1微克之间，放射性活度大于IMBq/L(兆贝克每升)。将少量床料13均匀平铺在流化床I内，之后将制好的示踪颗粒14均匀洒在铺好的床料13之上，最后将大量床料13按照操作所需量覆盖在示踪颗粒14上，平铺在流化床I内。流化床I采用对伽马射线吸收能力弱的非金属材料制作，如有机玻璃等；床料13可选石英砂、河沙等。选用的准直器12尺寸为L=50mm，D=200mm，由铅合金制成，锥形孔前端面16外接圆直径D2=15mm，第一同心圆18、第二同心圆19和第三同心圆20三者之间半径公差为20mm。如图1所示，在流化床I的正面和侧面分别布置一个第一伽马射线探测器21和第二伽马射线探测器22，两个伽马射线探测器处于同一标高并成90度；在流化床I的床料13中投入经放射性化合物标记的示踪颗粒14，示踪颗粒14释放出伽马射线向流化床外部辐射；伽马射线是一种波长短于0.2埃的超高频高能量电磁波，具有极高的穿透力，穿透流化床壁面的伽马射线经准直器12过滤后，进入伽马射线探测器2产生电子脉冲信号，电子脉冲信号经灵敏信号放大器3放大后，送入脉冲信号转换器转化成电压脉冲信号；两路电压脉冲信号分别送入由同步时序发生器7控制的正向模数采样器5和侧向模数采样器6，同步采集电压脉冲信号并将其转化为数字信号，采集频率大于100赫兹；正向模数采样器5输出的数字信号经正透视图生成�？�8生成XOZ平面投影图像，侧向模数采样器6输出的数字信号经侧透视图生成�？�9生成YOZ平面投影图像，两个平面图像经由三维图像重构�？�10生成XYZ空间三维图像，送入计算机11，这样就可实现实时跟踪、显示和存储示踪颗粒14的运动轨迹。此外，为实现本实用新型的目标:用于示踪颗粒14标记的放射性化合物为Na131I,示踪颗粒14用浓度为5%-25%的Na131I水溶液浸泡3_5小时，使溶液均匀附着和渗透至颗粒内部，在温度80摄氏度以下的密闭空间中烘干。为了增大伽马射线探测器2的视野范围、提高伽马射线采集率并减小图像畸变，与常规采用同一直径通孔不一样的是，本实用新型中准直器12布置有29个前端大后端小的锥形孔15，如图2、图3所示，锥形孔15横截面为正八边形结构，每个锥形孔前端面16外接圆直径D2与锥形孔后端面17外接圆直径D1满足关系D2ZiD1=L 3-1.5 ;准直器12中心布置有一个锥形孔15，其余自内向外分三层布置，在第一同心圆18上均布4个、第二同心圆19上均布8个、第三同心圆20上均布16个；三个同心圆的半径成等差数列，等差数列的公差d与准直器12外直径D、锥形孔前端面16外接圆直径D2之间满足关系D2〈d ( 0.12 。测量实验开始前首先开启空气A，使流化床I处于运行状态。与此同时开启安放在流化床I不同侧面的两台伽马射线探测器2，灵敏信号放大器3，脉冲信号转换器，正向模数采样器5，正透视图生成模块8，侧向模数采样器6，侧透视图生成�？�9，同步时序发生器7，三维图像重构�？�10和计算机11。同步时序发生器7以100赫兹的频率向正向模数采样器5和侧向模数采样器6同时发出采样控制信号，以保证实验过程中对两台伽马射线探测器2传回的信号进行同步采样。测量过程中，被标记的示踪颗粒所释放出的伽马射线穿过流化床I的壁面，被伽马射线探测器捕获产生电子脉冲信号，电子脉冲信号经过放大，转换后产生0-5伏之间的电压脉冲信号，电压脉冲信号经过采样，图象重建后生成标准数字视频信号，由三维图像重构模块10重新构造出示踪颗粒的三维运动过程，最终，计算机11将示踪颗粒14的运动轨�：团ǘ确植际凳钡馗�、显示和存储下来。
权利要求1.一种流化床颗粒运动的非接触式三维测量装置，其特征在于:在流化床(I)的正面和侧面各布置一套信号采集和传输通路，正向通路依次由第一伽马射线探测器(21)、灵敏信号放大器(31)、第一脉冲信号转换器(41)、正向模数米样器(5 )和正透视图生成�？�(8 )串联构成；侧向通路依次由第二伽马射线探测器(22)、第二灵敏信号放大器(32)、第二脉冲信号转换器(42)、侧向模数采样器(6)和侧透视图生成�？�(9)串联构成；正透视图生成模块(8)和侧透视图生成�？�(9)并联后与三维图像重构�？�(10)和计算机(11)相连；两个通路的第一伽马射线探测器(21)和第二伽马射线探测器(22)位于同一标高且相对流化床(I)成90度各布置，正向模数采样器(5)和侧向模数采样器(6)之间连有同步时序发生器(7);在第一伽马射线探测器(21)和第二伽马射线探测器(22)的前端分别设有一个准直器(12)。
2.根据权利要求1所述的流化床颗粒运动的非接触式三维测量装置，其特征在于所述的准直器(12)布置有29个前端大后端小的锥形孔(15)，锥形孔(15)横截面为正八边形结构，每个锥形孔前端面(16)外接圆直径D2与锥形孔后端面(17)外接圆直径D1满足关系D2/D1=L 3-1.5 ;准直器(12)中心布置有一个锥形孔(15)，其余中心向外分三层布置，在第一同心圆(18)上均布4个锥形孔(15)，第二同心圆(19)上均布8个锥形孔(15)，第三同心圆(20)上均布16个锥形孔(15);三个同心圆的半径成等差数列，该等差数列的公差d与准直器(12)外直径D、锥形孔前端面(16)外接圆直径D2之间满足关系D2〈d ( 0.12 。
专利摘要一种流化床颗粒运动的非接触式三维测量装置，在流化床(1)的正面和侧面各布置一套信号采集和传输通路，正向通路依次由第一伽马射线探测器(21)、灵敏信号放大器(31)、第一脉冲信号转换器(41)、正向模数采样器(5)和正透视图生成�？�(8)串联构成；侧向通路依次由第二伽马射线探测器(22)、第二灵敏信号放大器(32)、第二脉冲信号转换器(42)、侧向模数采样器(6)和侧透视图生成模块(9)串联构成；正透视图生成�？�(8)和侧透视图生成�？�(9)并联后与三维图像重构模块(10)和计算机(11)相连；本实用新型采用安全射线成像，在对流场无干扰的情况下，实现对流化床颗粒运动的三维、实时、准确和安全测量。
文档编号G01N15/00GK203069479SQ20122010459
公开日2013年7月17日 申请日期2012年3月20日 优先权日2012年3月20日
发明者钟文琪, 邵应娟, 陈曦, 金保昇, 任冰, 陆勇 申请人:东南大学
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