动态云雾浓度测试方法与技术

　　本书包含完整的动态云雾浓度测试内容，绝大部分内容是作者多年科研工作的总结，全书包括绪论和四篇共14章。本书主要研究动态云雾浓度的测试方法模型，动态云雾浓度的测试系统技术，动态云雾浓度探测试验研究等。针对民用方面的粉尘作业环境的粉尘云雾浓度检测，结合“碳中和、碳达峰”、节能减排等问题，工业生产中粉尘云雾对人体健康的危害，以及粉尘爆炸事件进行了探讨。本书可作为相关专业学科教师、学生和工程技术人员的参考用书。

　　娄文忠，男，1969年出生，陕西省宝鸡市人。北京理工大学机电学院教授，博士生导师，中国微米纳米学会理事，《探测与控制学报》编委，国际电联标准化委员会（IEC）TC47分会委员。1990年6月获得北京理工大学机电系电子精密机械专业工学学士学位，1996年6月获得北京理工大学机电学院机电工程专业工学硕士学位，并留校工作。2001年6月获得北京理工大学机电学院机电工程专业工学博士学位，2004年10月前往德国柏林工业大学作访问学者。

第1章 绪论 001
1.1　概述 002
1.2　背景及意义 003
1.3　国内外云爆弹发展现状 008
1.4　云爆弹毁伤威力研究现状及发展趋势 010
1.4.1　云爆燃料发展现状 011
1.4.2　液固混合云爆燃料抛撒研究现状 012
1.5　云爆燃料抛撒云团分布与爆轰特性研究现状 015
1.6　云雾浓度测试发展综述 017
1.6.1　光学检测法 019
1.6.2　电场浓度检测法 020
1.6.3　射线衰减法及振荡天平法 021
1.6.4　超声衰减浓度检测法 022
1.7　动态云雾浓度测试应用 025
1.7.1　二次起爆型云爆弹 025
1.7.2　粉尘浓度监测及爆炸预警 026

第一篇 云爆燃料抛撒浓度分布模型
第2章 高速云爆战斗部抛撒燃料浓度分布机理分析 031
2.1　引言 032
2.2　高速云爆战斗部抛撒燃料浓度分布模型 034
2.2.1　爆炸作用下壳体破裂刚塑性模型 035
2.2.2　燃料环膨胀破裂模型 038
2.2.3　燃料抛撒形貌发展模型 040
2.2.4　燃料抛撒浓度分布模型 043
2.3　高速云爆战斗部抛撒燃料浓度分布数值模拟 048
2.3.1　不同初始落速条件下50 kg燃料抛撒过程 048
2.3.2　不同初始落速条件下500 kg燃料抛撒过程 057
2.3.3　动态条件云雾抛撒过程形状与浓度分布特征 066
2.4　结论 070
第3章 云爆战斗部引战配合模型仿真分析 073
3.1　引言 074
3.2　高速云爆战斗部引战配合数值模拟 075
3.2.1　引信运动模型 077
3.2.2　燃料云雾运动模型 078
3.2.3　云雾运动形貌仿真模拟 080
3.2.4　引战配合分析 084
3.2.5　小结 088
3.3　二次引信与云雾交会爆轰数值模拟 089
3.3.1　云雾爆轰模型 089
3.3.2　均匀云雾场爆轰模拟分析 095
3.3.3　非均匀云雾场爆轰 103
3.3.4　有落速和落角时云雾爆轰过程 106
3.4　结论 112

第二篇 动态云雾浓度测试方法
第4章 光学法云雾浓度检测 117
4.1 引言 118
4.1.1 光散射法 118
4.1.2 光透射法 118
4.1.3 光全息法 119
4.1.4 光相位多普勒法 119
4.1.5 光图像可视化法 119
4.2　光透射法浓度检测 119
4.2.1　测量原理 119
4.2.2　测量方法 121
4.3　云雾浓度检测系统 121
4.3.1　光学图像可视化云雾浓度检测 121
4.3.2　云雾粒子消光法浓度检测系统 123
4.4　云雾粒子浓度检测系统 125
4.4.1　图像法粒子扩散形貌分析 125
4.4.2　铝粉云雾粒子浓度分析 128
4.4.3　淀粉云雾粒子浓度分析 133
4.5　结论 138
第5章 电场法云雾浓度检测 139
5.1 引言 140
5.2　电场法云雾浓度检测方法 142
5.2.1　测量原理 142
5.2.2　云雾浓度计算模型 143
5.2.3　基于Clausius-Mossotti理论云雾浓度计算模型 145
5.3　云雾浓度数值仿真分析 147
5.3.1　粒径随机分布颗粒云雾建模 147
5.3.2　粒径随机分布颗粒云雾模型数值计算 148
5.4　全向高灵敏度电容传感器设计 151
5.4.1　同心共面环状电容传感器结构设计 154
5.4.2　参数优化设计 155
5.5 云雾浓度检测验证方法 157
5.5.1　云雾气固（颗粒）两相混合物等效样本 157
5.5.2　云雾浓度检测系统 158
5.5.3　数据分析 160
5.6　结论 161
第6章 超声法云雾浓度检测 163
6.1 引言 164
6.2　超声衰减浓度检测机理 166
6.2.1　理想粒子介质中的超声传播特性 166
6.2.2　理想黏性介质中的超声传播特性 168
6.2.3　非理想黏性介质中的超声传播特性 170
6.3　超声衰减的云雾浓度模型 175
6.3.1　基于经典ECAH云雾浓度计算模型 175
6.3.2　模型简化 178
6.4　云雾浓度计算分析 180
6.4.1　超声衰减仿真分析 180
6.4.2　超声衰减数值分析 183
6.5　云雾浓度试验验证 186
6.5.1　试验系统组成 186
6.5.2　测试结果与有效性评估 188
6.6　结论 192
第三篇　动态云雾浓度测试技术
第7章　声—电复合云雾浓度检测方法与关键技术 195
7.1　引言 196
7.2　声—电复合浓度检测方案设计 197
7.3　声—电复合云雾浓度检测系统 199
7.3.1　系统方案 199
7.3.2　关键部件设计技术 200
7.3.3　检测系统抗过载性能试验 204
7.4　声—电复合数据处理 205
7.4.1　多传感器信息融合技术 205
7.4.2　基于卡尔曼滤波的数据融合模型 209
7.4.3　数据融合模型效果评估验证 211
7.5　稳态云雾模拟试验验证 213
7.5.1　稳态云雾模拟试验装置方案设计 213
7.5.2　颗粒系运动状态的气动力学分析 215
7.5.3　稳态云雾模拟试验装置参数优化 216
7.5.4　试验分析 218
7.6　结论 220
第8章　双频超声云雾浓度检测方法及其关键技术 221
8.1　引言 222
8.2　双频超声复合检测方法 223
8.2.1　双频超声复合检测方法 223
8.2.2　双频超声衰减浓度检测基本原理 223
8.3　双频超声云雾浓度复合检测 225
8.3.1　云雾粒径与超声最优检测频率匹配 225
8.3.2　云雾浓度与最优检测频率匹配 226
8.3.3　超声频率与云雾浓度测试 227
8.4　双频超声浓度检测融合算法 229
8.4.1　数据融合作用模式及算法分析研究 229
8.4.2　卡尔曼滤波融合的底层数据融合 231
8.4.3　基于测量误差差值的自适应加权算法的顶层数据融合 232
8.5　双频超声复合检测系统原理样机 237
8.5.1　低功耗声波电路 237
8.5.2　双频超声传感器选型 239
8.5.3　微处理控制器 241
8.5.4　数据处理流程优化设计 242
8.5.5　检测系统原理样机 243
8.6　双频超声浓度检测系统试验验证 245
8.6.1　试验云雾浓度检测装置 245
8.6.2　试验云雾浓度检测参数 247
8.6.3　试验结果与数据分析 248
8.7　结论 252
第9章　超声波脉冲瞬态云雾浓度测试技术 253
9.1　引言 254
9.2　超声波脉冲瞬态云雾浓度计算模型 254
9.2.1　计算方法 254
9.2.2　浓度特征提取方法 257
9.3　云雾浓度检测系统设计 263
9.3.1　脉冲收/发电路总体结构 263
9.3.2　控制信号电路设计 265
9.3.3　弹载引信检测系统原理样机 266
9.4　瞬态云雾浓度检测系统设计 268
9.4.1　试验装置设计 268
9.4.2　铝粉扩散浓度数值仿真 271
9.4.3　浓度信号处理 273
9.5　结论 277
第10章 云爆燃料抛撒浓度测试验证 279
10.1　引言 280
10.2　动态云雾浓度分布模拟试验系统设计 281
10.2.1　静态抛撒条件下燃料分散模拟试验系统设计 281
10.2.2　动态抛撒条件下模拟试验系统设计 285
10.3 模拟系统云雾浓度分布检测试验 289
10.3.1　静态抛撒条件的模拟云雾浓度检测试验 289
10.3.2　基于动态抛撒条件的模拟云雾浓度检测试验 295
10.4　燃料浓度与云雾爆轰效能的评估方法 305
10.4.1　铝粉爆炸特性概述 305
10.4.2　试验方法 306
10.5　云爆燃料抛撒试验 310
10.5.1　基于缩比动态云雾的浓度检测试验 310
10.5.2　等效云雾浓度—引信交会浓度探测试验 315
10.5.3　云雾爆轰浓度分布试验 323
10.6 结论 330