毫米波雷达传感器JLV-60B-V10在气力输送系统中物料流动状态与设备运行异常监测

上海渐朗电子科技有限公司的振动测量毫米波雷达传感器JLV-60B-V10 主要适用于气力输送中煤流检测的流量开关/堵流开关，采用非接触安装，通过反射并接收管道表面/目标物体本身的振动信号进而判断物料流动状态和进行设备运行状态监测。其适用于各种规格的气力输送管道，可实现有流/无流判断，并具备堵管或堵料/Flow Jam 检测。

一、应用背景：为什么气力输送需要振动监测？

气力输送是水泥、煤炭、冶金、化工、粮食及锂电池材料等行业广泛采用的一种散料输送方式。它利用压缩空气或其他气体作为动力，将粉末、颗粒等固体物料通过密闭管道输送到指定位置。

与普通皮带输送不同，气力输送的物料在管道内部运动，外部操作人员很难直接观察物料的实际流动状态。实际生产中，系统可能出现：

物料断流：上游给料不足、料仓架桥或给料设备异常，造成管道内物料停止输送。

局部沉积：输送气流速度不足或物料浓度过高，颗粒在管道局部沉积。

管道堵塞：物料逐渐聚集，形成局部堵塞甚至完全堵管。

输送不稳定：物料浓度、气流速度及给料量变化，造成输送过程波动。

管道异常冲击：大颗粒、团块或间歇性料栓经过弯头时，对管壁产生持续或周期性冲击。

传统系统通常通过压力变送器、气体流量计、设备电流监测等方式判断运行状态。但这些参数主要反映气体或设备的运行情况，并不能直接反映管道局部物料运动及颗粒与管壁之间的相互作用。

适用场景包括：

煤粉输送。

水泥粉体输送。

粉煤灰输送。

塑料颗粒输送。

锂电池材料粉体输送。

二、毫米波雷达测量管道振动的基本原理

气力输送过程中，颗粒在气流推动下运动，与管道内壁发生碰撞、摩擦和相互作用。这些作用可能激励管道产生微小机械振动。振动幅度、频率及变化规律，与颗粒运动速度、物料浓度、粒径和形状、颗粒与管壁的碰撞频率、管道结构及支撑条件、气流速度和压力变化等因素有关。

毫米波雷达安装在管道外部，朝向管道表面发射和接收电磁波，通过分析回波相位的连续变化，测量管道表面沿雷达视线方向的微小位移。

1. 振动测量原理

管道表面发生微小位移时，雷达与管道表面之间的距离随之变化，反射回波的相位也会发生变化。单站雷达的基本关系为：

ΔR = (λ / 4π) × Δφ

其中：ΔR为管道表面沿雷达波束方向的位移；λ为毫米波波长；Δφ为回波相位变化。以60 GHz毫米波雷达为例，波长约为5 mm。管道表面即使只有几十微米的位移，也可能产生可检测的回波相位变化。

2. 从振动信号中提取的信息

毫米波雷达直接测量的是管壁的视线方向位移。振动速度、加速度及频谱特征需要通过信号处理获得。雷达并不是直接测量管道内的物料流量，而是通过管道振动特征，间接判断物料运动及输送状态。

三、毫米波雷达振动监测在气力输送中的主要作用

1. 物料有无流动检测（Flow / NoFlow）

正常输送时，运动颗粒与管道内壁之间的碰撞和摩擦可能形成持续的管壁振动。物料停止输送时，由颗粒运动引起的振动特征可能减弱或消失。通过持续监测管道振动，可以建立物料流动状态判断模型。

适用场景包括煤粉、水泥粉体、粉煤灰、塑料颗粒及锂电池材料粉体输送。气流、风机、压缩机及管道支撑也会产生振动，因此必须建立空管通气、正常输送和停止输送等基准状态，不能简单以振动消失作为唯一NoFlow判据。

2. 管道堵塞及沉积趋势监测

气力输送管道堵塞可能经历局部沉积、颗粒堆积、输送能力下降，最终发展为严重堵塞。过程中，颗粒浓度、运动速度、料栓形成和颗粒冲击状态变化，都可能改变管道振动特征。

可以在管道弯头前后布置两个雷达测点，对比两个位置的振动特征。如果某个位置持续偏离正常状态，可将其作为局部沉积或堵塞风险的预警依据。堵塞不一定导致振幅持续增大或减小，必须通过实际工况实验建立判据。

3. 颗粒冲击及物料输送异常监测

物料经过弯头、三通和管道变径位置时，容易发生颗粒与管壁碰撞。煤炭颗粒、塑料颗粒、矿粉团块及其他较大颗粒，可能产生局部冲击。雷达可以研究颗粒碰撞是否持续发生、冲击强度是否变化、是否出现异常间歇性冲击，以及不同位置的物料冲击是否存在差异。

建议关注输送管道弯头、垂直转水平位置、管道三通、管径变化位置，以及物料进入料仓前的连接管道。该功能可作为管道异常磨损风险的辅助监测手段，但不能直接替代超声测厚仪。

4. 管道局部异常及运行状态监测

例如，管道支撑螺栓松动后，局部结构的振动幅度和固有频率可能发生变化。雷达可在不接触管道的情况下持续监测这些变化。

5. 输送系统启停及运行稳定性监测

气力输送系统通常存在启动、正常运行、停止和吹扫等阶段。雷达可以连续记录启动时振动建立、正常输送时振动稳定性、给料停止后的振动变化、吹扫过程中颗粒逐渐减少，以及停机后管道恢复静止的过程。例如，给料机已经启动，但管道振动特征始终没有进入正常输送状态，可以产生启动异常预警。

四、适用的气力输送工况

五、与传统检测方法的比较

气力输送系统可采用压力、气流、振动和声学等方法监测。已有工业研究利用管道外部振动传感器和声学传感器，分析颗粒与管壁碰撞产生的信号，实现非侵入式物料检测。毫米波雷达进一步提供了非接触位移测量的可能性。

毫米波雷达的特点包括：无需接触管道；不必在管道上开孔或安装内部探头；可在低温区域隔离测量高温管道外壁；可研究多点振动检测；不受普通背景声学噪声直接干扰。同时，雷达仍可能受到电磁干扰、支架振动、目标表面回波质量及多径反射影响。

六、雷达安装位置与注意事项

安装建议：

雷达波束尽量垂直照射管道外壁，并选择平整、回波稳定的表面。

避免雷达支架与被测管道直接连接，防止管道振动传递到雷达本体。

避免雷达与管道之间存在其他金属构件。

管道保温层需要评估其对振动传递及雷达回波的影响。

如果外壁包裹金属护板，雷达测量到的可能是护板而非管道本体。

对结垢、积灰或涂层变化严重的管道，需要进行专项验证。

七、振动信号如何转换为气力输送状态判断

采用多特征融合算法，而不是单一振动幅度阈值。基本流程为：

毫米波雷达连续采集管道表面位移信号。

进行去趋势、滤波、异常值剔除和相位解缠。

提取振幅、主频、RMS、频谱能量及冲击特征。

结合工艺阶段识别正常输送、间歇输送、物料减少及异常振动。

输出Flow、NoFlow或Abnormal状态，并按需要进行趋势预警。

八、工业应用价值

结论

毫米波雷达用于气力输送管道振动监测，主要价值不是替代传统加速度传感器，而是通过非接触方式获得管道表面振动信息，并进一步用于识别物料输送状态和设备异常。