粉尘浓度测量数字电路和模拟电路的区别

传统的以多级模拟放大为核心技术的颗粒物静电感应仪
器有以下特征：
 对选择带宽内的信号无差别放大，并且作为仪表最终输出的基准，这样：
o 仪表无法分辨各种电磁干扰
o 仪表无法分辨探头故障如污染状况
 有限的信号带宽：
o 对于交流耦合的设备，通常的处理信号范围为 1Hz~10Hz 的低频区，仪
表隔离了有用的直流信号，而只监测信号频率范围内最弱、最容易受湍
流影响的区域
o 对于直流耦合的设备，通常的处理带宽为直流~4Hz，仪表虽然监测了直
流信号，但无法处理更高频率的有效信息
 无法实现有效的电气隔离，探头和前端电路及邻近管道无法形成独立的电位参
比体系：
o 仪表容易受到接地回路干扰，例如附近大型用电设备
o 仪表容易受到信号线、电源线上耦合的干扰
o 这也是此类仪表在不同工况、不同现场性能表现不稳定的根本原因之一
 对信号特征无具体分析，无法判断流动状况，从而无法对信号进行必要修正，
从而使输出受到流动状况的影响，得不到准确的测量结果
从基于多极模拟放大原理的颗粒物静电感应仪器的特点和局限性来看，此类仪器在大
部分工况下，作为灵敏的粉尘泄漏监测设备是合格的，但很难达到精确定量测量的标
准。
技术进步
随着近微处理器和数字信号处理技术的发展，颗粒物静电感应技术也进入了数字
时代。正如同雷达这种二战中发明的技术一样，从最初简单的回波放大到现代的相控
阵技术，数字信号处理使雷达得到的信息量、抗干扰能力、精度和稳定性有了本质的
飞跃。本世纪初，随着高精度、高速度模数转换器的推广，含尘气体流动的流体力学
模型的应用，统计模型和信号处理算法的开发，以及算法的优化和低成本的计算硬件
（DSP、FPGA）使“bao li”计算（利用优化算法，对超量采样的数据进行循环计算，
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从而得出综合的结果）成为可能，新一代的以数字信号处理为核心技术的颗粒物静电
感应仪器也随着现场应用的增多而成熟起来。
基于数字信号处理的颗粒物静电感应仪器的特征为：
 完全独立的前端测量电路，由电气隔离与设备其它部分分开，使探头、前端测
量电路和周围管道形成独立的参比体系，从而消除来自于电源、信号线和接地
回路的干扰
 前端测量电路连续的漂移跟踪与偏差消除技术，在合理的温度范围内（工业级：
-40C~85C）根本上消除放大器漂移的影响
 模拟电路部分不对信号进行任何处理，只对原始信号缓冲或适度放大，保留足
够原始信号带宽，从而使为后台算法保留更多的流体的信息
 在信号链内，尽早把信号进行模数转换，然后运用统计和数字算法对信号进行
处理
 对直流信号和交流信号分别处理，根据工况设定计算基准，通常使用直流或交
流信号强度作为基准
 通过对交流信号特征频率或上下游探头信号的相关性分析估算流速，从而补偿
流速变化对基准信号的影响，使输出信号只成为颗粒物浓度的函数
 通过对多路信号相关性进行分析，从而消除出现在任意频率的电磁干扰，尤其
是空间电磁干扰
 利用“bao li”计算对超量采样的数据进行分析，以消除湍流等因素造成的随机
噪音影响
 通过对直流信号和交流信号特征的比较，判断探头污染等故障状况
当采样频率**超过了“空间过滤效应”的范围时，处理完整的颗粒物流动信息
便成为可能。通过在一个样本中上千个数据点进行处理，数字信号处理器可对信号进
行多种统计及频谱分析，交相关算法也可以被用来进行精确的颗粒流速测量。多种模
型和算法在实验室和现场得到验证，在必要时利用离线的数据分析软件来调教到特定
工况的最佳效果。
所以基于数字信号处理技术的颗粒物静电感应仪器有更好地稳定性和可重复性，
而这正是定量测量可标定性的基础。与传统的设备相比，基于数字信号处理技术的设
备

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