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| 目錄：
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第1章 概述 1
1.1 流化床的定义及分类 2
1.1.1 气固密相流化床 4
1.1.2 循环流化床 4
1.1.3 喷动床 5
1.2 流化床的应用 6
1.2.1 干燥 6
1.2.2 气力输送 8
1.2.3 造粒和包涂 8
1.2.4 合成反应 9
1.2.5 烃类加工 9
1.3 流化床内流动特性测量技术 10
1.3.1 光纤法 11
1.3.2 激光多普勒测速法 12
1.3.3 电容层析成像法 13
1.3.4 声发射法 14
1.4 流化床内干燥特性测量技术 15
1.4.1 湿度检测 16
1.4.2 其他干燥特性检测 17
参考文献 18
第2章 静电传感技术 22
2.1 静电传感器的测量原理 23
2.2 静电传感器的结构及其分类 24
2.3 信号调理电路 25
2.3.1 电流调理电路 26
2.3.2 电荷放大器电路 27
2.3.3 电位测量电路 27
2.4 信号处理方法 28
2.5 流化床内测量应用 32
2.5.1 电荷检测 32
2.5.2 气泡流动特性检测 33
2.5.3 颗粒速度检测 34
2.5.4 非均匀结构表征及流型识别 35
2.5.5 湿度检测 36
2.6 静电法流化床测量技术发展趋势 37
参考文献 38
第3章 数字图像处理技术 44
3.1 计算机视觉技术 45
3.1.1 传统数字图像处理方法 46
3.1.2 基于深度学习的计算机视觉方法 47
3.2 计算机视觉的测量系统 55
3.2.1 工业相机 56
3.2.2 镜头 57
3.2.3 照明光源 57
3.3 基于图像处理的颗粒速度测量技术 58
3.3.1 测量方法 58
3.3.2 测量步骤 60
3.4 基于图像的气泡参数测量技术 60
3.4.1 测量方法 61
3.4.2 测量步骤 62
3.5 基于图像的流化床测量技术展望 64
参考文献 66
第4章 基于静电传感器阵列的流体参数测量系统设计与实现 69
4.1 系统概述 70
4.2 传感器阵列 70
4.2.1 颗粒带电机理 70
4.2.2 静电传感器阵列 72
4.2.3 有限元模型 73
4.3 信号调理 76
4.4 实验平台搭建 78
4.4.1 单喷口流化床 78
4.4.2 鼓泡流化床 79
4.4.3 参考仪器 81
参考文献 83
第5章 基于静电成像的气泡流动特性测量 85
5.1 检测原理 86
5.1.1 电荷重建过程 86
5.1.2 电荷重建算法 87
5.1.3 静电成像方法 88
5.2 实验验证 91
5.2.1 电荷重建算法比较 92
5.2.2 验证标准 94
5.2.3 气泡形状及尺寸 95
5.2.4 气泡上升速度 97
5.2.5 气泡产生频率 99
参考文献 103
第6章 基于静电传感器阵列的谷物湿度分布测量 105
6.1 流化床食品干燥技术 106
6.1.1 流化床干燥原理 106
6.1.2 干燥工艺对谷物品质的影响 107
6.2 检测原理 108
6.3 实验验证 112
6.3.1 平均湿度 113
6.3.2 湿度分布 117
参考文献 120
第7章 融合静电和光学成像的干燥特性测量 122
7.1 检测原理 123
7.1.1 干燥特性 123
7.1.2 扩散系数 124
7.1.3 气固传质系数 127
7.2 实验验证 127
7.2.1 平均湿度及湿度分布 128
7.2.2 干燥模型 130
7.2.3 扩散系数与活化能 133
7.2.4 传质系数 135
参考文献 139
第8章 基于静电传感和数据驱动模型的流化床内混合生物质组分测量 141
8.1 概述 142
8.2 方法 144
8.2.1 整体测量方法 144
8.2.2 小波散射变换 145
8.2.3 长短期记忆网络（LSTM） 146
8.3 实验装置 146
8.4 实验结果 148
参考文献 151
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| 內容試閱：
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流态化现象与人类的生活和生产密切相关，普遍存在于石油、化工、食品、电力、制药、冶金、环保等现代工业领域中。流态化学科是以多相流系统为研究对象，以工程热物理学为基础，与数学、力学、计算机、信息、材料、环境等学科相互融合而逐步形成和发展起来的交叉学科。随着科学技术的快速发展，流态化在科学研究、工业生产、环境保护及人类生活中越来越重要，关于这一领域的研究也日益成为国内外十分引人关注的前沿学科。
在众多工业过程中，流态化的相界面效应及相间相对速度在不停地变化，而且在工业测量环境中又存在安全性问题等，因此流态化流动过程表现出极大的复杂性。流化床是典型的流态化反应器，其模型、测试和模拟技术始终是学术界和工业界研究的热点和难点。流化床的流动参数主要包括颗粒运动参数、气泡运动参数、流型及相含率等。同时，本书针对流化床干燥器中涉及的传热传质过程进行了研究，重点测量了干燥特性参数。通过对流动及干燥特性参数的获取，建立流化床流动过程控制模型，可以根据模型数据分析流动和传热传质规律，为工业过程的精确计算和最优化控制提供可靠的参考价值。因此，流化床测量技术在科学研究和工业生产中发挥着越来越重要的作用。
现阶段，有许多研究机构和科学家开展了流化床流动特性参数测量方法的研究，已有的测量方法包括光纤法、激光多普勒法、电容层析成像法和声发射法等。基于静电感应的方法因为具有结构简单、成本低廉、可靠性高及非接触等优点，受到了越来越多的关注。而随着深度学习的兴起，数字图像处理方法在流化床的应用也得到了快速发展，并且在工业测量领域备受关注。
作者所在的研究团队多年来一直从事静电法和图像法参数测量、信号处理、多相流数值模拟等方面的研究工作。在此领域先后承担了国家自然科学基金委项目、北京市自然科学基金委项目等。在项目研究成果的基础上，编撰完成本书。
本书主要介绍静电法和图像法流化床参数测量技术的有关内容，共分为八章，各章内容如下。
第1章：概述。主要介绍流化床的定义、分类及在各领域的应用。详细讨论了流化床内流体流动特性、干燥特性的检测技术在国内外的研究现状。
第2章：静电传感技术。主要介绍静电传感器的测量原理、结构及分类。详细阐述了静电传感器的常用信号调理电路和信号处理方法。归纳了静电传感器在流化床内检测的研究现状和应用情况，总结了静电法流化床测量技术发展趋势。
第3章：数字图像处理技术。主要介绍了传统数字图像处理方法和基于深度学习的计算机视觉方法的应用场合和遇到的问题，以及计算机视觉测量系统的硬件构成及选型注意事项。详细讨论了基于图像处理的颗粒速度测量技术和基于图像的气泡参数测量技术，并展望了基于图像的流化床测量技术。
第4章：基于静电传感器阵列的流体参数测量系统设计与实现。详细介绍颗粒带电机理、静电传感器阵列的硬件结构、有限元模型、传感器灵敏度分布以及信号处理单元设计。介绍用于流体流动特性检测的单喷口流化床装置和用于干燥特性检测的鼓泡流化床装置。
第5章：基于静电成像的气泡流动特性测量。分析了流化床中气泡及电荷的特性，提出基于静电感应原理的成像方法，重点介绍阈值分割、边缘提取、形心计算等图像处理算法在静电成像过程中的应用。详细阐述静电成像装置对气泡形状、尺寸、上升速度、产生频率进行量化的具体方法，并讨论不同射流速度对流化床中气泡特性的影响规律。采用光学成像系统对静电成像装置进行验证，评价标准包括相对均方根误差、平均绝对误差和相关系数。
第6章：基于静电传感器阵列的谷物湿度分布测量。针对静电感应检测流化床湿度的理论基础问题，分析静电信号与颗粒湿度之间的关系，建立基于静电感应的湿度测量模型。利用卤素水分分析仪评估静电传感器测量谷物颗粒湿度的准确性。采用静电传感器阵列重建流化床内的湿度分布，探究不同空气流速和空气温度条件下流化床内湿度分布的变化规律。
第7章：融合静电和光学成像的干燥特性测量。融合静电和光学成像方法分别得到测量区域的湿度分布和气泡分布，从而得到生物质在气泡内部、边缘和外部的干燥特性，并对生物质颗粒的干燥曲线、水分扩散系数、表观活化能和气固传质系数进行量化。通过分析实验结果，探究不同空气流速和空气温度对生物质干燥特性的影响规律。
第8章：基于静电传感和数据驱动模型的流化床内混合生物质组分测量。采用静电传感器阵列测量混合生物质的组分。结合混合小波散射变换和双向长短期记忆网络的数据驱动方法，用来推断静电传感器原始信号特征与混合生物质组分之间的关系，并将所建模型的性能与其他机器学习模型进行了比较。
本书可供控制理论和控制工程、模式识别与智能系统、检测技术与自动化装置、食品科学与工程、轻工技术与工程等相关专业人员、工程设计人员阅读，也可作为高等院校相关专业的研究生教材、本科生选修教材或参考书。
本书的写作过程得到了众多专家和同学的大力支持和帮助。特别感谢孙乐、董嘉欣同学为本书撰写提供的帮助。
本书的研究工作得到了国家自然科学基金“基于声发射法的流化床干燥过程谷物损伤的声波传播机制及在线检测”（项目编号：62303022）和“市属高校分类发展-食品一流学科攀登-食品营养与健康国家级平台建设”（项目编号：19002022045）等项目的大力支持，在此一并表示衷心感谢。
由于本人水平有限，书中难免存在不足之处，恳请读者批评指正。
著者
2025年1月21日
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