专利名称：一种气流输送管道中颗粒料粒度分布及形状分布测量装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于气固两相流在线测量设备范围，特别涉及一种气流输送管道中颗粒料粒度分布及形状分布测量装置。
背景技术：
气力输送广泛应用于各种工业部门的粒料、粉料的输送和干燥工艺。一个典型例子是火力发电厂中固体燃料如煤粉等的管道输送。从磨煤机出来的煤粉由压缩空气携带同时供给多根输送管道，然后进入燃烧器阵列在炉膛内燃烧。煤粉颗粒粒度的分布与燃烧的效率及污染物排放量有着密切的联系。然而，煤粉颗粒粒度的分布取决于磨煤机的工作性能及煤的物理特性等。近年来，世界各国的燃煤电厂开始采用煤粉与生物质共烧技术，以降低二氧化碳的排放。许多电厂已全部采用生物质燃烧发电。许多生物质如秸杆等要比煤粉颗粒要大，且呈不规则形状，因此生物质燃烧或煤粉与生物质共烧与纯煤粉燃烧有很大的不同。大颗粒及不规则燃料颗粒的燃烧会直接影响到燃烧效率及污染物的排放量。燃料粒度过大或过细则会造成燃烧不完全或磨煤机能耗增加等，严重时会造成管道堵塞，被迫停机，给电厂造成重大损失。因此，对电厂煤粉和生物质的颗粒粒度分布及形状分布进行在线连续检测，有助于提高锅炉燃烧的安全性及燃烧效率，降低污染物排放。现有的颗粒测量成像装置一般采用单一激光器照明管道内一个流场截面，因此只能得到一幅颗粒图像。如想要获得整个管道中颗粒的粒度分布及形状分布，原理上可以采用扫描式的颗粒照明器件和复杂的光学组件。然而，这样的设计成本高，系统复杂且效率低，可靠性差，难以维护。本发明利用RGB数字相机R(红色)G(绿色)B(蓝色)图像信号可区分的特性，通过RGB三色脉冲激光片光源同时照射颗粒流场，利用RGB数字相机和远心镜头同时摄取被照亮的三个流场截面上流动颗粒的图像，大大降低了装置的复杂性，提高了测量效率及可靠性。本发明不仅适用于火力发电厂中煤粉颗粒流的连续在线监测，也适用于食品、水泥、钢铁等工业气力输送过程的在线监测。
实用新型内容本实用新型的目的是针对现有的颗粒测量成像装置一般采用单一激光器照明管道内一个流场截面，因此只能得到一幅颗粒图像。如想要获得整个管道中颗粒的粒度分布及形状分布，原理上可以采用扫描式的颗粒照明器件和复杂的光学组件。然而，这样的设计成本高，系统复杂且效率低，可靠性差，难以维护的不足而提供一种气流输送管道中颗粒料粒度分布及形状分布测量装置，其特征在于，由三个具有不同光谱的RGB激光光片、一个 RGB数字相机和远心镜头构成颗粒流成像与图像采集装置；激光器控制模块与三个不同光谱的激光器连接；图像采集装置、RGB数字相机和远心镜头组成颗粒流场的成像系统，并安装于被测气固两相流体管道上RGB数字相机的光轴与RGB激光光片之间的角度β选取为 90° ;RGB数字相机的光轴与三个不同光谱的激光器即红色R激光器、绿色G激光器和蓝色 B激光器发出RGB三色片状激光束垂直；RGB数字相机的输出连接图像处理系统。[0005]所述RGB激光光片的三个激光片应平行布置，相邻两个激光光片之间的距离选取在被测颗粒的最大粒径的10到15倍之间。所述RGB激光光片的的三个激光片厚度应在所测颗粒的最大粒径的O. 5到I. 5倍范围内；所述RGB激光光片与管道中心轴之间的角度α应在45°到60°的范围内。本实用新型的有益效果是在只采用一个RGB相机的情况下，将每一帧RGB图像分解成为与三个激光光谱所对应的R(红色)，G(绿色)和B(蓝色)三幅子图像，从而同时得到流体管道内三个流场截面上颗粒的图像。对三幅固体颗粒图像进行空间重构，得到固体颗粒在流场被测区域内的空间分布。对三幅子图像进行处理分析，从而获得颗粒的粒度分布及形状分布。并极大地降低了对相机的要求，降低了成本。
图I为颗粒料粒度分布及形状分布在线测量装置结构及原理示意图。图中I、颗粒流场，2、RGB激光光片(RGB三色片状激光束)，3、红色(R)激光器，4、绿色 (G)激光器，5、蓝色(B)激光器，6、RGB数字相机，7、远心镜头，8、激光器控制模块，9、图像处理系统10、气固两相流管道。α-激光器组与管道之间角度，β-RGB数字相机与管道之间角度，d-激光器之间的距离。
具体实施方式
本实用新型提供一种气流输送管道中颗粒料粒度分布及形状分布测量装置。下面结合图I对本实用新型的予以说明由三个具有不同光谱的RGB激光光片2、一个RGB数字相机6和远心镜头7构成颗粒流成像与图像采集装置；激光器控制模块8与三个不同光谱的激光器即红色(R)激光器
3、绿色(G)激光器4、蓝色⑶激光器5连接；图像采集装置、RGB数字相机6和远心镜头7 组成颗粒流场I的成像系统，并安装于被测气固两相流体管道10上；RGB数字相机6的输出连接图像处理系统9 ;为了达到激光片内覆盖完整颗粒并没有重叠颗粒的目的，激光光片2 片状激光的厚度应在所测颗粒的最大粒径的O. 5到I. 5倍范围内。三个激光片应平行布置， 相邻两个激光片之间的距离选取在被测颗粒的最大粒径的10到15倍之间。RGB数字相机 6的光轴与激光光片2之间的角度β选取为90°。激光光片2与管道中心轴之间的角度 α应在45。到60。的范围内。RGB相机6在激光器控制模块8控制相机的曝光时间(不是使用相机的快门)，实现流动颗粒的数字成像及采用远心镜头(telecentric lens) 7实现多个聚焦面上的同时成像；从而采集到三个不同流场截面的固体颗粒的颗粒流场I的RGB图像。颗粒流场I的RGB 图像信号由RGB相机6传入图像处理系统9进行图像处理以及数据分析，得到与三个激光光片所对应的R、G和B三幅颗粒子图像。对三幅图像分别处理分析可以得到管道三个截面上的颗粒粒度分布和形状分布，并通过软件用户界面显示。在实时监测系统中，颗粒的粒度和形状分布信息显示在用户界面中，将整个用户界面的统计信息输出，并根据新进的颗粒信息的更新结果，从而实现在线实时监测。
权利要求1.一种气流输送管道中颗粒料粒度分布及形状分布测量装置，其特征在于，由三个具有不同光谱的RGB激光光片、一个RGB数字相机和远心镜头构成颗粒流成像与图像采集装置；激光器控制模块与三个不同光谱的激光器连接；图像采集装置、RGB数字相机和远心镜头组成颗粒流场的成像系统，并安装于被测气固两相流体管道上，RGB数字相机的光轴与 RGB激光光片之间的角度β选取为90° ;RGB数字相机的光轴与红色R激光器、绿色G激光器和蓝色B激光器发出RGB三色片状激光束垂直；RGB数字相机的输出连接图像处理系统。
2.根据权利要求I所述一种气流输送管道中颗粒料粒度分布及形状分布测量装置，其特征在于，所述RGB激光光片的三个激光片应平行布置，相邻两个激光光片之间的距离选取在被测颗粒的最大粒径的10到15倍之间。
3.根据权利要求I所述一种气流输送管道中颗粒料粒度分布及形状分布测量装置，其特征在于，所述RGB激光光片的的三个激光片厚度应在所测颗粒的最大粒径的O. 5到I. 5 倍范围内。
4.根据权利要求I所述一种气流输送管道中颗粒料粒度分布及形状分布测量装置，其特征在于，所述RGB激光光片与管道中心轴之间的角度α应在45°到60°的范围内。
专利摘要本实用新型公开属于气固两相流在线测量设备范围内的的一种气流输送管道中颗粒料粒度分布及形状分布测量装置。由三个具有不同光谱的RGB激光光片、一个RGB数字相机和远心镜头构成颗粒流成像与图像采集装置；激光器控制模块与三个不同光谱的激光器连接；图像采集装置、RGB数字相机和远心镜头组成颗粒流场的成像系统，并安装于被测气固两相流体管道上，RGB数字相机的光轴与三个不同光谱的激光器发出RGB三色片状激光束垂直；RGB数字相机的输出连接图像处理系统。本实用新型实现实现多个聚焦面上的同时成像；利用激光器脉冲反馈控制相机的曝光时间实现流动颗粒的成像，大大降低了测量装置的复杂性，提高了测量效率。
文档编号G01B11/24GK202351152SQ20112052026
公开日2012年7月25日 申请日期2011年12月14日 优先权日2011年12月14日
发明者卢钢, 闫勇, 高凌君 申请人:华北电力大学