一种基于多波长的宽筛分颗粒粒度在线测量系统和方法技术方案

本发明专利技术公开一种基于多波长的宽筛分颗粒粒度在线测量系统：激光发生装置，包括三个不同波长的激光器、合束器和光纤准直器，三个不同波长的激光器发出的激光经合束器和光纤准直器后入射到输送带上形成光斑；散射光接收装置，包括透镜、散射光接收分束器和三条接收通道，三条接收通道均包括窄带滤波片和光电倍增管，颗粒经过光斑时发生散射信号，经透镜聚焦后，依次经散射光接收分束器、窄带滤波片和光电倍增管转换为电信号；处理装置，接收电信号并进行处理得到颗粒粒度。本发明专利技术还公开了采用上述装置的宽筛分颗粒粒度在线测量方法。该装置及方法基于光散射原理可以实现宽筛分布颗粒粒度的在线原位测量，测量过程无需人工操作，测量结果准确及时。测量结果准确及时。测量结果准确及时。

【技术实现步骤摘要】
一种基于多波长的宽筛分颗粒粒度在线测量系统和方法


[0001]本专利技术涉及粒度在线测量领域，具体涉及一种基于多波长的宽筛分颗粒粒度在线测量系统和方法。

技术介绍

[0002]循环流化床(CFB)锅炉床料中的颗粒通常是粒径由小到大的宽筛分布，由于颗粒的直径不同，其流动工况和规律也各不相同。实践证明，入炉燃料的颗粒度对循环流化床锅炉的点火启动、运行控制、燃烧效率、风帽及水冷壁等部件的运行均有一定程度的影响。例如当颗粒偏大时可能会引发床压降低、床面温度不均匀等问题。CFB锅炉通常使用输送带将燃料运至锅炉，因此，对输送带上的入炉燃料颗粒粒度进行准确快速测量对锅炉安全经济运行具有重要意义。
[0003]工业现场传统的颗粒粒度测量方法是筛分法，将已知重量的燃料样品放置于筛孔大小不同且顺序排列的筛子上并机械振动，使颗粒连续通过更小筛孔的筛子，对保留在筛子上的颗粒称量来统计各粒级颗粒质量占总样品重量的百分比，获得样品的粒度分布。筛分法测量原理简单，结果可靠，但需要采样且检测耗时较长，测量结果滞后无法满足工业生产的快速变化。
[0004]目前相对流行和先进的方法主要有激光粒度法及机器视觉法，如公开号为CN107255608A的中国专利公开了一种基于单光电探测器的颗粒粒度测量仪，公开号为CN109598715A的中国专利公开了一种基于机器视觉的物料粒度在线检测方法。激光粒度法通过发射一束激光，接收并分析激光被颗粒阻挡后产生的衍射或散射光信号得到颗粒尺寸，该方法测量速度快、结果准确、操作简便。机器视觉法通过颗粒流上某一区域颗粒图像，将目标转换成图像信号，再利用相关处理算法识别并计算图像中的目标参数，对颗粒进行识别与分析。该方法成本低、对样品无损，检测的颗粒尺寸范围较广，可同时分析微米级至毫米级颗粒。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供了一种基于多波长的宽筛分颗粒粒度在线测量系统和方法，可以实现宽筛分布颗粒粒度的在线原位测量，测量过程无需人工操作，测量结果准确及时。
[0006]本专利技术提供如下技术方案：
[0007]一种基于多波长的宽筛分颗粒粒度在线测量系统，所述系统包括：
[0008]激光发生装置，包括三个不同波长的激光器、合束器和光纤准直器，三个不同波长的激光器发出的激光经合束器和光纤准直器后入射到输送带上形成光斑；
[0009]散射光接收装置，包括透镜、散射光接收分束器和三条接收通道，三条接收通道均包括窄带滤波片和光电倍增管，颗粒经过光斑时发生散射信号，经透镜聚焦后，依次经散射光接收分束器、窄带滤波片和光电倍增管转换为电信号；
[0010]处理装置，接收电信号并进行处理得到颗粒粒度。
[0011]优选的，所述光纤准直器发出的入射光垂直向下入射至输送带平面，所述入射光与由透镜和散射光接收分束器组成的接收光路呈夹角为15度至75布置。进一步优选的，所述夹角为30度。
[0012]优选的，所述激光发生装置与散射光接收装置均由笼式系统进行连接固定。
[0013]优选的，所述的笼式系统通过支架悬挂于输送带上方。
[0014]优选的，所述的三个不同波长的激光器包括波长400nm至500nm固体连续激光器、500nm至600nm固体连续激光器与600nm至800nm半导体连续激光器。优
[0015]优选的，所述的三个不同波长的激光器相互平行布置。
[0016]优选的，所述的激光器功率为0至5W。
[0017]优选的，所述的三条接收通道中的窄带滤波片中心波长为400nm至500nm、500nm至600nm和600nm至800nm。
[0018]优选的，所述的三条接收通道中的光电倍增管峰值波长为400nm至500nm、500nm至600nm和600nm至800nm。
[0019]优选的，所述的三条接收通道相互平行布置。
[0020]优选的，所述输送带上形成光斑的直径为0.05mm至1mm。
[0021]本专利技术还提供了一种使用上述的装置在线测量宽筛分颗粒粒度方法，所述方法为：对采集的多通道散射光信号整体进行傅里叶变换得到和对其进行信号拟合与分解，匹配不同粒度颗粒在频谱中的组成成分，获得燃料的宽筛分粒度分布数据；输送带连续运转带动不同尺寸颗粒连续经过测量光斑，采集信号并使用计算程序处理可以实时获得燃料粒度分布；
[0022]具体包括以下步骤：
[0023](1)三个不同波长的激光器同时开启，各激光器发出的不同波长的激光由光纤传导进入合束器，合束后的激光由光纤连接至光纤准直器照射至输送带上形成光斑；
[0024](2)输送带以一定速度传输燃料颗粒，颗粒经过光斑处产生散射信号，散射信号经透镜聚焦后，依次经散射光接收分束器、窄带滤波片和光电倍增管转换为电信号并传输至计算机；
[0025](3)计算机处理电信号获得散射光强度随时间响应曲线(3)计算机处理电信号获得散射光强度随时间响应曲线和其中和分别为颗粒在波长λ1、λ2和λ3的激光照射下产生的散射光信号强度，t为散射光信号记录时刻；匹配和中颗粒在不同波长的激光照射下持续时间
△
t1、
△
t2和
△
t3相同的部分，识别待测颗粒，并根据已知输送带速度与信号持续时间，初步计算待测颗粒粒度；
[0026](4)提取
△
t1、
△
t2和
△
t3时间内对应信号强度和并进行傅里叶变换，可以得到待测颗粒在频谱中的组成频率F1(
△
ω1)、F2(
△
ω2)和F3(
△
ω3)，将其与已知粒度颗粒在各波长激光照射下的标定结果作比较，匹配最接近的标定颗粒粒度，进一步确定待测颗粒粒度。
[0027]通过关停输送带或同时关闭三个激光器，即可结束测量。
[0028]本专利技术提供的基于多波长的宽筛分颗粒粒度在线测量系统，设置在燃料传送带旁，所述的燃料为等粒径在微米级以上的工业动力用煤。
[0029]本专利技术公开的基于多波长的宽筛分颗粒粒度在线测量系统及方法，基于光散射原理，工业现场循环流化床床料输送过程中，可以实现工业现场下循环流化床床料中宽筛分布的颗粒粒度数据的在线原位测量，测量过程无需人工操作，测量结果准确及时，经济效益突出。
附图说明
[0030]图1为本专利技术提供的基于多波长的宽筛分颗粒粒度在线测量系统的结构示意图。
具体实施方式
[0031]下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步详细描述，有必要指出的是，本实施例只用于对本专利技术进行进一步的说明，并不能理解为对本专利技术保护范围的界定。
[0032]如图1所示，本专利技术提供的基于多波长的宽筛分颗粒粒度在线测量系统包括激光发生装置、散射光接收装置和计算机。
[0033]激光发生装置包括第一激光器1、第二激光器2、第三激光器3、合束器4和光纤准直器5。其中，三个激光器相互平行布置，发出的三束不同波长的激光经过合本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于多波长的宽筛分颗粒粒度在线测量系统，其特征在于，所述系统包括：激光发生装置，包括三个不同波长的激光器、合束器和光纤准直器，三个不同波长的激光器发出的激光经合束器和光纤准直器后入射到输送带上形成光斑；散射光接收装置，包括透镜、散射光接收分束器和三条接收通道，三条接收通道均包括窄带滤波片和光电倍增管，颗粒经过光斑时发生散射信号，经透镜聚焦后，依次经散射光接收分束器、窄带滤波片和光电倍增管转换为电信号；处理装置，接收电信号并进行处理得到颗粒粒度。2.根据权利要求1所述的基于多波长的宽筛分颗粒粒度在线测量系统，其特征在于，所述光纤准直器发出的入射光垂直向下入射至输送带平面，所述入射光与由透镜和散射光接收分束器组成的接收光路呈夹角为15度至75布置。3.根据权利要求1所述的基于多波长的宽筛分颗粒粒度在线测量系统，其特征在于，所述激光发生装置与散射光接收装置均由笼式系统进行连接固定。4.根据权利要求3所述的基于多波长的宽筛分颗粒粒度在线测量系统，其特征在于，所述的笼式系统通过支架悬挂于输送带上方。5.根据权利要求1所述的基于多波长的宽筛分颗粒粒度在线测量系统，其特征在于，所述的三个不同波长的激光器包括波长400nm至500nm固体连续激光器、500nm至600nm固体连续激光器与600nm至800nm半导体连续激光器。6.根据权利要求5所述的基于多波长的宽筛分颗粒粒度在线测量系统，其特征在于，所述的激光器功率为0至5W。7.根据权利要求1所述的基于多波长的宽筛分颗粒粒度在线测量系统，其特征在于，所述的三条接收通道中的窄带滤波片中心波长为400nm至500nm、500nm至600nm和600nm至800nm。8.根据权利要求1所述的基于多波长的宽筛分颗粒粒度在线测量系统，其特征在于，所述的三条接收通道中的光电倍增管峰值波长为400nm至500nm、500nm至600nm和600nm至800nm。9.根据权利要求1所述的基于多波长...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴学成，浦世亮，毛慧，吴迎春，高翔，陈玲红，王凌珑，岑可法，
申请(专利权)人：杭州海康威视数字技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：