專利名稱：一種氣流輸送管道中顆粒料粒度分布及形狀分布測量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于氣固兩相流在線測量設(shè)備范圍，特別涉及一種氣流輸送管道中顆粒料粒度分布及形狀分布測量裝置。
背景技術(shù)：
氣力輸送廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)部門的粒料、粉料的輸送和干燥工藝。一個典型例子是火力發(fā)電廠中固體燃料如煤粉等的管道輸送。從磨煤機(jī)出來的煤粉由壓縮空氣攜帶同時供給多根輸送管道，然后進(jìn)入燃燒器陣列在爐膛內(nèi)燃燒。煤粉顆粒粒度的分布與燃燒的效率及污染物排放量有著密切的聯(lián)系。然而，煤粉顆粒粒度的分布取決于磨煤機(jī)的工作性能及煤的物理特性等。近年來，世界各國的燃煤電廠開始采用煤粉與生物質(zhì)共燒技術(shù)，以降低二氧化碳的排放。許多電廠已全部采用生物質(zhì)燃燒發(fā)電。許多生物質(zhì)如秸桿等要比煤粉顆粒要大，且呈不規(guī)則形狀，因此生物質(zhì)燃燒或煤粉與生物質(zhì)共燒與純煤粉燃燒有很大的不同。大顆粒及不規(guī)則燃料顆粒的燃燒會直接影響到燃燒效率及污染物的排放量。燃料粒度過大或過細(xì)則會造成燃燒不完全或磨煤機(jī)能耗增加等，嚴(yán)重時會造成管道堵塞，被迫停機(jī)，給電廠造成重大損失。因此，對電廠煤粉和生物質(zhì)的顆粒粒度分布及形狀分布進(jìn)行在線連續(xù)檢測，有助于提高鍋爐燃燒的安全性及燃燒效率，降低污染物排放。現(xiàn)有的顆粒測量成像裝置一般采用單一激光器照明管道內(nèi)一個流場截面，因此只能得到一幅顆粒圖像。如想要獲得整個管道中顆粒的粒度分布及形狀分布，原理上可以采用掃描式的顆粒照明器件和復(fù)雜的光學(xué)組件。然而，這樣的設(shè)計成本高，系統(tǒng)復(fù)雜且效率低，可靠性差，難以維護(hù)。本發(fā)明利用RGB數(shù)字相機(jī)R(紅色)G(綠色)B(藍(lán)色)圖像信號可區(qū)分的特性，通過RGB三色脈沖激光片光源同時照射顆粒流場，利用RGB數(shù)字相機(jī)和遠(yuǎn)心鏡頭同時攝取被照亮的三個流場截面上流動顆粒的圖像，大大降低了裝置的復(fù)雜性，提高了測量效率及可靠性。本發(fā)明不僅適用于火力發(fā)電廠中煤粉顆粒流的連續(xù)在線監(jiān)測，也適用于食品、水泥、鋼鐵等工業(yè)氣力輸送過程的在線監(jiān)測。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的是針對現(xiàn)有的顆粒測量成像裝置一般采用單一激光器照明管道內(nèi)一個流場截面，因此只能得到一幅顆粒圖像。如想要獲得整個管道中顆粒的粒度分布及形狀分布，原理上可以采用掃描式的顆粒照明器件和復(fù)雜的光學(xué)組件。然而，這樣的設(shè)計成本高，系統(tǒng)復(fù)雜且效率低，可靠性差，難以維護(hù)的不足而提供一種氣流輸送管道中顆粒料粒度分布及形狀分布測量裝置，其特征在于，由三個具有不同光譜的RGB激光光片、一個 RGB數(shù)字相機(jī)和遠(yuǎn)心鏡頭構(gòu)成顆粒流成像與圖像采集裝置；激光器控制模塊與三個不同光譜的激光器連接；圖像采集裝置、RGB數(shù)字相機(jī)和遠(yuǎn)心鏡頭組成顆粒流場的成像系統(tǒng)，并安裝于被測氣固兩相流體管道上RGB數(shù)字相機(jī)的光軸與RGB激光光片之間的角度β選取為 90° ;RGB數(shù)字相機(jī)的光軸與三個不同光譜的激光器即紅色R激光器、綠色G激光器和藍(lán)色 B激光器發(fā)出RGB三色片狀激光束垂直；RGB數(shù)字相機(jī)的輸出連接圖像處理系統(tǒng)。[0005]所述RGB激光光片的三個激光片應(yīng)平行布置，相鄰兩個激光光片之間的距離選取在被測顆粒的最大粒徑的10到15倍之間。所述RGB激光光片的的三個激光片厚度應(yīng)在所測顆粒的最大粒徑的O. 5到I. 5倍范圍內(nèi)；所述RGB激光光片與管道中心軸之間的角度α應(yīng)在45°到60°的范圍內(nèi)。本實用新型的有益效果是在只采用一個RGB相機(jī)的情況下，將每一幀RGB圖像分解成為與三個激光光譜所對應(yīng)的R(紅色)，G(綠色)和B(藍(lán)色)三幅子圖像，從而同時得到流體管道內(nèi)三個流場截面上顆粒的圖像。對三幅固體顆粒圖像進(jìn)行空間重構(gòu)，得到固體顆粒在流場被測區(qū)域內(nèi)的空間分布。對三幅子圖像進(jìn)行處理分析，從而獲得顆粒的粒度分布及形狀分布。并極大地降低了對相機(jī)的要求，降低了成本。

圖I為顆粒料粒度分布及形狀分布在線測量裝置結(jié)構(gòu)及原理示意圖。圖中I、顆粒流場，2、RGB激光光片(RGB三色片狀激光束)，3、紅色(R)激光器，4、綠色 (G)激光器，5、藍(lán)色(B)激光器，6、RGB數(shù)字相機(jī)，7、遠(yuǎn)心鏡頭，8、激光器控制模塊，9、圖像處理系統(tǒng)10、氣固兩相流管道。α-激光器組與管道之間角度，β-RGB數(shù)字相機(jī)與管道之間角度，d-激光器之間的距離。
具體實施方式
本實用新型提供一種氣流輸送管道中顆粒料粒度分布及形狀分布測量裝置。下面結(jié)合圖I對本實用新型的予以說明由三個具有不同光譜的RGB激光光片2、一個RGB數(shù)字相機(jī)6和遠(yuǎn)心鏡頭7構(gòu)成顆粒流成像與圖像采集裝置；激光器控制模塊8與三個不同光譜的激光器即紅色(R)激光器
3、綠色(G)激光器4、藍(lán)色⑶激光器5連接；圖像采集裝置、RGB數(shù)字相機(jī)6和遠(yuǎn)心鏡頭7 組成顆粒流場I的成像系統(tǒng)，并安裝于被測氣固兩相流體管道10上；RGB數(shù)字相機(jī)6的輸出連接圖像處理系統(tǒng)9 ;為了達(dá)到激光片內(nèi)覆蓋完整顆粒并沒有重疊顆粒的目的，激光光片2 片狀激光的厚度應(yīng)在所測顆粒的最大粒徑的O. 5到I. 5倍范圍內(nèi)。三個激光片應(yīng)平行布置， 相鄰兩個激光片之間的距離選取在被測顆粒的最大粒徑的10到15倍之間。RGB數(shù)字相機(jī) 6的光軸與激光光片2之間的角度β選取為90°。激光光片2與管道中心軸之間的角度 α應(yīng)在45。到60。的范圍內(nèi)。RGB相機(jī)6在激光器控制模塊8控制相機(jī)的曝光時間(不是使用相機(jī)的快門)，實現(xiàn)流動顆粒的數(shù)字成像及采用遠(yuǎn)心鏡頭(telecentric lens) 7實現(xiàn)多個聚焦面上的同時成像；從而采集到三個不同流場截面的固體顆粒的顆粒流場I的RGB圖像。顆粒流場I的RGB 圖像信號由RGB相機(jī)6傳入圖像處理系統(tǒng)9進(jìn)行圖像處理以及數(shù)據(jù)分析，得到與三個激光光片所對應(yīng)的R、G和B三幅顆粒子圖像。對三幅圖像分別處理分析可以得到管道三個截面上的顆粒粒度分布和形狀分布，并通過軟件用戶界面顯示。在實時監(jiān)測系統(tǒng)中，顆粒的粒度和形狀分布信息顯示在用戶界面中，將整個用戶界面的統(tǒng)計信息輸出，并根據(jù)新進(jìn)的顆粒信息的更新結(jié)果，從而實現(xiàn)在線實時監(jiān)測。
權(quán)利要求1.一種氣流輸送管道中顆粒料粒度分布及形狀分布測量裝置，其特征在于，由三個具有不同光譜的RGB激光光片、一個RGB數(shù)字相機(jī)和遠(yuǎn)心鏡頭構(gòu)成顆粒流成像與圖像采集裝置；激光器控制模塊與三個不同光譜的激光器連接；圖像采集裝置、RGB數(shù)字相機(jī)和遠(yuǎn)心鏡頭組成顆粒流場的成像系統(tǒng)，并安裝于被測氣固兩相流體管道上，RGB數(shù)字相機(jī)的光軸與 RGB激光光片之間的角度β選取為90° ;RGB數(shù)字相機(jī)的光軸與紅色R激光器、綠色G激光器和藍(lán)色B激光器發(fā)出RGB三色片狀激光束垂直；RGB數(shù)字相機(jī)的輸出連接圖像處理系統(tǒng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述一種氣流輸送管道中顆粒料粒度分布及形狀分布測量裝置，其特征在于，所述RGB激光光片的三個激光片應(yīng)平行布置，相鄰兩個激光光片之間的距離選取在被測顆粒的最大粒徑的10到15倍之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述一種氣流輸送管道中顆粒料粒度分布及形狀分布測量裝置，其特征在于，所述RGB激光光片的的三個激光片厚度應(yīng)在所測顆粒的最大粒徑的O. 5到I. 5 倍范圍內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述一種氣流輸送管道中顆粒料粒度分布及形狀分布測量裝置，其特征在于，所述RGB激光光片與管道中心軸之間的角度α應(yīng)在45°到60°的范圍內(nèi)。
專利摘要本實用新型公開屬于氣固兩相流在線測量設(shè)備范圍內(nèi)的的一種氣流輸送管道中顆粒料粒度分布及形狀分布測量裝置。由三個具有不同光譜的RGB激光光片、一個RGB數(shù)字相機(jī)和遠(yuǎn)心鏡頭構(gòu)成顆粒流成像與圖像采集裝置；激光器控制模塊與三個不同光譜的激光器連接；圖像采集裝置、RGB數(shù)字相機(jī)和遠(yuǎn)心鏡頭組成顆粒流場的成像系統(tǒng)，并安裝于被測氣固兩相流體管道上，RGB數(shù)字相機(jī)的光軸與三個不同光譜的激光器發(fā)出RGB三色片狀激光束垂直；RGB數(shù)字相機(jī)的輸出連接圖像處理系統(tǒng)。本實用新型實現(xiàn)實現(xiàn)多個聚焦面上的同時成像；利用激光器脈沖反饋控制相機(jī)的曝光時間實現(xiàn)流動顆粒的成像，大大降低了測量裝置的復(fù)雜性，提高了測量效率。
文檔編號G01B11/24GK202351152SQ20112052026
公開日2012年7月25日 申請日期2011年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月14日
發(fā)明者盧鋼, 閆勇, 高凌君 申請人:華北電力大學(xué)