亚毫米波距离-多普勒雷达作为气固系统的诊断工具——固体浓度测量

当前用于表征气固悬浮中固体流动的非侵入式测量技术受限于采样体积的低时间或低空间分辨率，或在光学方法情况下受限于短视距。本工作中，开发并验证了一种亚毫米波距离-多普勒雷达，用于对具有已知特性的气固颗粒系统中的固体浓度进行非侵入式传感。该雷达系统结合了有利特征，例如能够看穿光学频率下不透明材料、以几立方厘米的空间分辨率在几米距离上测量局部固体速度与反射雷达功率。本文引入一种将接收雷达信号功率与不同颗粒材料的固体体积浓度（cv）关联的方法。实验装置提供由玻璃球、青铜球或天然沙粒组成的稳定自由落体固体流，其已知粒径分布且粒径在50-300 $\mu$m范围内。因此，使用雷达测量得到的cv值通过由测得的固体流质量流率与固体速度导出的质量平衡闭合得到的cv值进行验证。结果显示雷达系统提供可靠的cv测量，对所有测试材料、粒径与质量流率的平均相对误差约为25%，得到的cv值范围从0.2x10$^{-4}$ m$^{3}$/ m$^{3}$至40x10$^{-4}$ m$^{3}$/ m$^{3}$，固体速度在0-4.5 m/s范围内。这证明了雷达技术利用穿透长度、精度以及空间与速度分辨率的独特组合诊断气固悬浮中固体流动的能力。