专利名称：煤尘爆炸性数字化测定系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种煤尘爆炸性数字化测定系统。
背景技术：
煤尘浓度过高会有爆炸的危险，煤尘浓度达到爆炸下限的情况虽然并不常 见，但在煤层中放炮的瞬间和放炮后的短时间内，常使悬浮煤尘达到爆炸的下 限浓度。另外，矿井巷道中普遍有大量的连续沉积的煤尘，这些煤尘如果重新 飞扬在空气中就可以迅速达到爆炸下限的浓度，这是使许多局部性事故迅速扩 大成区域性事故或全矿性重大恶性事故的主要原因。据有关部门统计，在近年
来发生的煤矿重大瓦斯爆炸事故中，涉及到煤尘参与的爆炸就有80%以上。
因此，为更好地减少煤尘的危害性，需要科学地了解煤尘的性质，如煤尘 的自燃性和爆炸性，这些特性也是导致煤矿井下自然灾害的两大因素。煤尘爆 炸性鉴定工作是煤炭安全生产领域的重要环节之一。通过对开采矿层和地质勘 探煤层的煤尘进行爆炸性鉴定可以对煤尘的性质有一个客观正确的认识，可促 使煤矿在生产过程当中采取更加合理有效的防护措施，减少煤尘爆炸事故的发 生。
此外，煤矿安全规程中规定"新矿井的地质精查报告中，必须有所有 煤层的煤尘爆炸性鉴定资料。生产矿井每延深一个新水平，应进行一次媒尘 爆炸性试验工作"。
煤尘爆炸性的鉴定方法有两种 一种是在大型煤尘爆炸试验巷道中进行， 这种方法比较准确可靠，但工作繁重复杂，所以一般作为标准鉴定用；另一 种是在实验室内使用大管状煤尘爆炸性鉴定仪进行，这是目前我国主要采用 的方法，该仪器主要是凭测量员肉眼观察煤尘燃烧瞬间的火焰长度来确定其爆炸性，且温度和气压调节与控制全是手动的。由于煤尘燃烧瞬间的火焰长 度持续时间非常短， 一般仅为毫秒级，若单凭肉眼来观察，存在检测精度差、 重复性误差大、人为因素影响大、智能化控制程度低等缺陷，同时鉴定单位 为了安全起见，通常的做法就是提高检测标准，将一些本不具备爆炸的煤尘 定性为具有爆炸性，这虽然减小了鉴定单位的风险，但也无形中会加大煤矿 企业生产的负担，提高其安全防护的成本。
因此，目前急需一种更精准的煤尘爆炸瞬间火焰长度测定系统，能够使煤 尘爆炸性的检测和鉴定更加科学化、准确化、自动化，从而使煤尘爆炸性的 鉴定工作达到一个更高的水平。
实用新型内容
有鉴于此，本实用新型提供了一种煤尘爆炸性数字化测定系统，通过数字 技术，能够将煤尘爆炸火焰的光信息转换成数字信号，并利用计算机数字图像处 理技术对火焰图像进行处理分析，从而根据测量的火焰的长度自动判断煤尘的
爆炸性。
本实用新型的目的是提供一种煤尘爆炸性数字化测定系统，包括用于引爆 煤尘的高温起爆装置，所述高温起爆装置包括透明材质的起爆容器，所述起爆
容器内部设置有电加热丝；
还包括煤尘送入装置，所述煤尘送入装置包括煤尘试样喷管和气泵，所述 煤尘试样喷管的一端为进气口，所述进气口与气泵相连接；另一端为喷出口， 所述喷出口朝向电加热丝所在位置设置；
还包括图像拍摄及数据采集装置，所迷图像拍摄及数据采集装置包括图像 拍摄装置和图像采集卡，所述图像拍摄装置与图像采集卡电连接，所述图像拍 摄装置设置在起爆容器外部；
还包括控制单元，所述气泵和图像采集卡均与控制单元相联接。
进一步，还包括温度检测/调节装置，所述电加热丝通过温度^r测/调节装置进行温度调节，所述温度检测/调节装置与控制单元电连接；
进一步，所述煤尘送入装置还包括气压检测/调节装置，所述煤尘试样喷管 的进气一端通过连接管和气压检测/调节装置的出气端相连，所述气压检测/调节 装置的进气端通过连接管与气泵的出气口相连，所述气压^f佥测/调节装置与主控
制单元电连接；
进一步，还包括煤尘回吸处理装置，所述煤尘回吸处理装置包括除尘箱和 吸尘器，所述除尘箱的进尘口通过连接管与起爆容器的出口端相连通，所述除 尘箱的出尘口与吸尘器相连，所述吸尘器与控制单元电连接；
进一步，本系统还包括外部输出装置，所述外部输出装置与主控制单元电 连接。所述外部输出装置包括显示装置与打印装置；
进一步，所述煤尘试样喷管的中心轴线与电加热丝处于同一水平轴线上；
进一步，所述图像拍摄装置为高速CCD或CMOS数码相机；所述图像采集 卡为高速图像数据采集卡；
进一步，所述起爆容器为管状结构；
进一步，所述气泵为微型气泵。
本实用新型的煤尘爆炸性数字化测定系统是对煤尘爆炸性鉴定的专业分析 设备，是依据AQ 1045-2007《煤尘爆炸性鉴定规范》研制而成，是用于对开采
矿层和地质勘探煤层进行煤尘爆炸性鉴定的专用装置。 本实用新型的有益效果是
1. 本实用新型的煤尘爆炸性数字化测定系统将计算机数字图像处理分析技 术用于煤尘燃烧所产生的火焰分析当中，较之现有凭借肉眼进行识别的鉴定技 术，其准确性和科学性得到大大提高，鉴定结果也更客观公正。经过大量试验 证明，其结果准确可靠，完全能够替代现有的鉴定技术，填补了国内在这一领 域的空白。
2. 本实用新型采用具有高速和大容量緩存性能的图像拍摄装置、高性能图像 采集卡和高性能主控制单元，图像拍摄速度远远大于肉眼视觉的反应时间，并且通过采集卡与计算冲几相连，计算机中采用基于Kirsch算法的火焰边缘检测净支 术诊断煤尘燃烧瞬间产生的火焰长度，实现火焰长度的测量，同时实现火焰长 度的数字化处理，确保了测量精度，便于下一步的处理；本系统结构紧凑，科
学合理，性能可靠。
本实用新型首次将计算机技术、自动测量和自动控制技术、数字图像处理 技术应用在煤尘爆炸性鉴定系统中，大大提高了检测的精度和准确性，解决了 目前煤尘爆炸火焰长度测量装置存在的检测精度差、重复性误差大、人为因素 影响大、智能化控制程度低等缺陷，可使煤尘爆炸性鉴定更加准确化、科学化 和智能化，使鉴定工作达到一个新的更高水平。
本实用新型的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进 行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言 将是显而易见的，或者可以从本实用新型的实践中得到教导。本实用新型的 目标和其他优点可以通过下面的说明书和权利要求书来实现和获得。
为了使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图 对本实用新型作进一步的详细描述，其中 图l为本实用新型的系统结构示意图； 图2为本实用新型的温度控制系统流程框图； 图3为本实用新型的图像采集及数据处理系统框图； 图4为本实用新型的系统控制框具体实施方式
以下将参照附图，对本实用新型的优选实施例进行详细的描述。应当理 解，优选实施例仅为了说明本实用新型，而不是为了限制本实用新型的保护范围。
l-主控制单元；2-起爆容器；3-电加热丝；4-煤尘试样喷管；5-连接管；6-气泵；7-气压检测/调节装置；8-温度检测/调节装置；9-除尘箱；lO-吸尘器；11-显示装置；12-图像拍摄装置。
如图1所示，本实用新型的煤尘爆炸性数字化测定系统，包括用于引爆煤 尘的高温起爆装置、用于向高温起爆装置送入煤尘的煤尘送入装置、用于煤尘 爆炸瞬间火焰图像拍摄的图像拍摄及数据采集装置和主控制单元；
其中，高温起爆装置包括透明材质的起爆容器2、设置在起爆容器2内部的 电加热丝3以及与电加热丝3相连接的温度检测/调节装置8,温度检测/调节装 置8与主控制单元1电连接。起爆容器2采用防爆型玻璃材质制成，强度大， 透明性好，满足耐火要求。在实施例中，电加热丝3采用铂金丝构成。铂金丝 是一种价格比较昂贵的金属材料，而且种类多，选用lm长的铂金丝作为电加热 丝其阻值仅有1Q左右，并能使加热器温度完全满足要求。
本实施例中，所述电加热丝3通过温度检观'J/调节装置8进行温度调节，所 述温度检测/调节装置8与控制单元1电连接。如图2所示，温度检测/调节装置 8包括了热电偶、高精度的温度变送器和电压调节模块，热电偶和温度变送器相 连接，温度变送器的输出端与主控制单元1相连接，电压调节模块的输入端与 主控制单元相连接后再与电加热丝3相连接。电压调节模块用于对电加热丝3 上的供电电压的调节，才艮据主控制单元1的指令，能够实时对电加热丝3的温 度进行调整，使之符合试验环境要求。
煤尘送入装置包括煤尘试样喷管4和气泵6,煤尘试样喷管4的一端为进气 口；另一端为喷出口，喷出口朝向电加热丝3所在位置设置；煤尘送入装置还 包括气压检测/调节装置7,煤尘试样喷管4的进气口通过连接管5和气压检测/ 调节装置7的出气端相连，所述气压检测/调节装置7的进气端通过连接管与气 泵6的出气口相连，所述气压检测/调节装置7与主控制单元1电连接。本实施 例中，气压检测/调节装置7中的调节模块主要包括了气体压力开关、精密调节 阀、高精度压力变送器、气压阀、空气过滤器、储气罐等，当进行煤尘爆炸性 鉴定实验发尘工作时，主控制单元1输出控制信号，控制开关阀打开，使储气罐内的气体喷吹出去，完成爆炸鉴定实验的发尘工作。气压检测与调节是自动 控制，整个过程无须手动纟喿作。
为了对试验后起爆容器内的残余煤尘进行回收处理，本系统还包括煤尘回
吸处理装置，煤尘回吸处理装置包括除尘箱9和吸尘器10，除尘箱9的进尘口 通过连接管与起爆容器2的出口端相连通，除尘箱9的出尘口与吸尘器10相连。 图像拍摄/采集装置包括图像拍摄装置12和图像采集卡，图像拍摄装置12 通过图像采集卡与主控制单元1电连接，图像拍摄装置12为高速CCD或CMOS 数码相机。
由于煤尘爆炸的持续时间非常短，且火焰的扩散速度很快，在极短时间内 就可以达到火焰的最大长度，并很快熄灭，所以要拍摄煤尘的爆炸燃烧过程， 需要选用高性能的数码相机或数码摄像机。另外，煤尘在爆炸过程中，每种煤 尘爆炸产生的火焰亮度都不一样。即使是同一种煤尘，在爆炸的瞬间及火焰扩 散过程中，火焰的亮度也不一样，这就很难设置相机的曝光时间来拍摄图像， 如果曝光时间设置得较长，则相机很容易饱和，图像质量会严重下降；如果曝 光时间设置得过短，则火焰的扩散过程可能会不完整，所以选用相机还需要考 虑图像的分辨率问题。本实施例中，本系统采用的高速数码相机带有40Mbps 的高速配置接口，可以完成在高速采集时帧与帧之间的参数配置，在全分辨率 下的最高帧速为150FPS，可兼容多个厂商的数据采集卡，并配有驱动程序和安 装操作说明，很容易地实现图像的抓拍与采集。
如图3所示，经图像拍摄装置摄得的图像经图像釆集卡处理后送入主控制 单元l进行处理，处理后的结果通过图像显示装置进行显示。
主控制单元还连接有显示装置11，用于对试验结果进行实时的显示。
如图4所示，本实用新型的系统控制流程如下
l.系统启动后，对电加热丝3进行加热，温度变送器输出标准信号，经过内 部A/D转换为数字信号，送给主控制单元1,实时监测温度信号，当温度值偏 离设定值时，经过内部数字PID计算后，输出控制信号，控制调压模块的输出电压，通过调节电加热丝的供电电压来保证温度恒定；
2. 当爆炸性鉴定实验进行到发尘步骤时，主控制单元发出命令信号，通过继 电器来驱动气压阀的打开与关闭，从而实现发尘气压的自动启动，同时主控制 单元还将驱动继电器来实现吸尘器打开与关闭；
3. 在煤尘燃烧爆炸发生时，通过图像拍摄装置实现实时抓拍，将火焰的光信 息转换成电信号，输入到图像采集卡，再由图像采集卡内部的A/D转换器转换 为数字信号，并通过数据总线传送到主控制单元，然后利用计算机数字图像处理 技术对火焰图像进行处理分析，并进行可视化显示；
4. 煤尘燃烧爆炸结束后，由主控制单元发出指令，启动煤尘回吸处理装置， 由除尘箱9和吸尘器IO将起爆容器中的煤尘残渣和有害气体清除，减少粉尘对 操作人员和环境的影响。
5. 在工作过程中，系统自动检测和控制发尘气压，使气压始终保持在设定值， 并自动控制气泵6的启停。
传统的大管装煤尘爆炸鉴定装置无论是加热器温度的控制或是发尘气压 的控制均是手动调节，在测量时间段内，当出现环境温度变化、电网电压波 动或环境空气流动等干扰因素时，均会使控制效果产生一定的偏差，如不能 及时调节，就会给测量的精度带来影响。而数字化煤尘爆炸瞬间火焰长度鉴 定系统，加热器温度的检测与控制、发尘气压的检测与控制均是自动的，它 可以使系统始终保持在某 一设定值，而且检测与控制的技术指标远远优于传 统的检测装置，这一方面准确保证了测量的精度，另一方面也减轻了操作人 员的工作强度。
最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非 限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技 术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而 不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围 当中。
权利要求1.煤尘爆炸性数字化测定系统，其特征在于包括用于引爆煤尘的高温起爆装置，所述高温起爆装置包括透明材质的起爆容器(2)，所述起爆容器(2)内部设置有电加热丝(3)；所述测定系统还包括煤尘送入装置，所述煤尘送入装置包括煤尘试样喷管(4)和气泵(6)，所述煤尘试样喷管(4)的一端为进气口，所述进气口与气泵(6)相连接；另一端为喷出口，所述喷出口朝向电加热丝(3)所在位置设置；所述测定系统还包括图像拍摄及数据采集装置，所述图像拍摄及数据采集装置包括图像拍摄装置(12)和图像采集卡，所述图像拍摄装置(12)与图像采集卡电连接，所述图像拍摄装置(12)设置在起爆容器(2)外部；所述测定系统还包括控制单元(1)，所述气泵(6)和图像采集卡均与控制单元(1)相联接。
2. 根据权利要求1所述的煤尘爆炸性数字化测定系统，其特征在于所述测 定系统还包括温度检测/调节装置(8)，所述电加热丝(3)通过温度检测/调节 装置(8 )进行温度调节，所述温度检测/调节装置(8 )与控制单元(1 )电连接。
3. 根据权利要求2所述的煤尘爆炸性数字化测定系统，其特征在于所述煤 尘送入装置还包括气压检测/调节装置(7),所述煤尘试样喷管(4)的进气口通 过连接管(5)和气压检测/调节装置(7)的出气端相连，所述气压检测/调节装 置(7)的进气端通过连接管与气泵(6)的出气口相连，所述气压检测/调节装 置(7)与主控制单元(1)电连接。
4. 根据权利要求3所述的煤尘爆炸性数字化测定系统，其特征在于所述测 定系统还包括煤尘回吸处理装置，所述煤尘回吸处理装置包括除尘箱(9)和吸 尘器(10)，所述除尘箱(9)的进尘口通过连接管与起爆容器(2)的出口端相 连通，所述除尘箱(9)的出尘口与吸尘器(10)相连，所述吸尘器(10)与控制单元(1 )电连接。
5. 根据权利要求4所述的煤尘爆炸性数字化测定系统，其特征在于所述测 定系统还包括外部输出装置，所述外部输出装置与主控制单元(1)电连接，所 述外部输出装置包括显示装置(11 )与打印装置。
6. 根据权利要求1所述的煤尘爆炸性数字化测定系统，其特征在于所述煤 尘试样喷管(4)的中心轴线与电加热丝(3)处于同一水平轴线上。
7. 根据权利要求1所述的煤尘爆炸性数字化测定系统，其特征在于所述图 像拍摄装置(12 )为高速CCD或CMOS数码相机；所述图像采集卡为高速图像 数据采集卡。
8. 根据权利要求1所述的煤尘爆炸性数字化测定系统，其特征在于所述起 爆容器(2)为管状结构。
9. 根据权利要求1所述的煤尘爆炸性数字化测定系统，其特征在于所述气 泵(6)为微型气泵。
专利摘要本实用新型公开了一种用于煤尘爆炸性鉴定的煤尘爆炸性数字化测定系统，包括用于引爆煤尘的高温起爆装置、将煤尘送入高温起爆装置的煤尘送入装置、记录煤尘爆炸图像数据的图像拍摄及数据采集装置和控制单元，本实用新型将计算机图像处理分析技术用于煤尘爆炸所产生的火焰分析当中，较之现有的鉴定技术，其准确性和科学性得到提高，鉴定结果也更客观公正。
文档编号G01N21/84GK201397312SQ20092012705
公开日2010年2月3日 申请日期2009年4月17日 优先权日2009年4月17日
发明者徐世杰, 戴小平, 方卫红, 李德文, 汪春梅, 杰 王, 王树德, 丽 程, 卫 黄, 黄维刚 申请人:煤炭科学研究总院重庆研究院