一种气固流化床气泡运动行为识别统计方法技术

本发明专利技术公开了一种气固流化床气泡运动行为识别统计方法，包括：S1：高速动态摄像仪跟踪气固流化床内单个气泡的上升过程，压力传感器采集单个气泡上升过程中压变信号，并通过压变信号判断气泡行为；S2：对高速动态摄像仪采集的气泡图像像素尺寸进行标定，选取要研究的气泡区域；S3：提取气泡区域内的孤立气泡；S4：基于孤立气泡尺寸均值的计算，统计出合格气泡的数量。本发明专利技术具有可靠性高、安全环保等优点，且可实现实时在线测量与统计，适用于恶劣的工业现场条件。

【技术实现步骤摘要】
一种气固流化床气泡运动行为识别统计方法
本专利技术涉及流化床气泡运动行为识别统计
，具体涉及一种气固流化床气泡运动行为识别统计方法。
技术介绍
流化床干燥器具有较高的传热和传质速率，干燥速率高，热效率高，结构紧凑，基本投资和维修费用低，便于操作等优点。因此流化床干燥器被广泛用于化工、食品、陶瓷、药物、聚合物等行业。浓相气固流化床由颗粒聚集的乳化相与气体聚集的气泡相构成，床层具有似流体特性，床层中气泡的扰动使得床层的气固相间运动行为具有失稳性和多态性。气泡现象作为低速气固流化床最基本的特征之一，它的存在引起了颗粒间快速充分的混合，同时增强了气固间的接触效率，提供了良好的传质和传热行为。气泡的生成、聚合与分裂是密相流化床最重要的特点，气泡的聚并与分裂行为对颗粒混合、气体混合、传热、传质等床层的传递特性起着决定性的作用。因此，削弱气泡运动行为对床层流化质量的干扰，强化床层流化的均匀性和分选密度的稳定性是提高煤炭分选精度的关键。通过在线识别振动分选流化床中气泡不同行为引起的压力信号特征，研究气泡上升过程中的动态演变规律，对限制床内气泡的生长，加强气固接触效率，促进准散式流化床的形成，提高颗粒分离效率，实现细粒煤精准分选具有重要意义。
技术实现思路
为了研究气泡上升过程中的动态演变规律，本专利技术提出一种气固流化床气泡运动行为识别统计方法。为了实现上述技术目的，本专利技术采用如下技术方案：一种气固流化床气泡运动行为识别统计方法，包括如下步骤：S1：高速动态摄像仪跟踪气固流化床内单个气泡的上升过程，压力传感器采集单个气泡上升过程中压变信号，并通过压变信号判断气泡行为；S2：对高速动态摄像仪采集的气泡图像像素尺寸进行标定，选取要研究的气泡区域；S3：提取气泡区域内的孤立气泡；S4：基于孤立气泡尺寸均值的计算，统计出合格气泡的数量。优选地，步骤S1通过压变信号判断气泡行为：当压力传感器测量的压力信号在0.1s内从1250Pa增至2000Pa，判定气泡顶部接触传感器探头所在平面；当压力传感器测量的压力信号在0.1s内从2000Pa降至750Pa，判定气泡通过传感器探头所在平面；压力传感器测量的压力信号在0.2s内先由1050Pa急剧减少到-250Pa，再骤然上升至1300Pa，判定气泡发生兼并行为；当压力传感器测量的压力信号在0.1s内从1250Pa减小到500Pa，判定气泡产生破裂行为。优选地，步骤S2中，在流化床床层流化达到稳定状态下采集气泡图像。优选地，步骤S3中提取气泡区域内的孤立气泡的方法如下：采用Sobel法提取气泡边缘，在气泡区域内正向搜索，逐个提取每个气泡的气泡边缘，提取区域内的孤立气泡。优选地，步骤S4中合格气泡的判定依据为：气泡的等效气泡直径不大于平均等效气泡直径的80％。优选地，气泡的等效气泡直径为与气泡面积相等的圆的直径。优选地，平均等效气泡直径的计算方法如下：其中，为平均等效气泡直径，N为气泡图像的数量，Ntot为单张气泡图像中气泡的数量，Di,j为第i个气泡图像中第j个气泡的等效气泡直径。与现有技术相比，本专利技术的有益效果：本专利技术通过将高速动态摄像仪与压力传感器相结合，准确获得气泡在不同运动行为下的压变信号，再对采集的气泡图像进行像素尺寸标定，提取气泡区域内的孤立气泡，最后统计出合格气泡的数量。本专利技术具有可靠性高、安全环保等优点，且可实现实时在线测量与统计，适用于恶劣的工业现场条件。附图说明为了更清楚的说明本专利技术实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见的，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域中的普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可根据这些附图获得其他附图。图1为气固流化床气泡运动行为识别统计系统结构示意图；图2为气泡在气固流化床内运动示意图；图3为压变信号时域曲线图；图4为二值化处理后的气泡图像。图中：1、气固流化床；2、布风室；3、传感器探头；4、压力传感器；5、数据采集器；6、计算机；7、高速动态摄像仪；8、气泡。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。如图1所示，气固流化床气泡运动行为识别统计系统包括：设置在气固流化床1侧壁上的若干传感器探头3，若干传感器探头3纵向均匀布置。传感器探头3通过压力传感器4与数据采集器5连接，数据采集器5、高速动态摄像仪7与计算机6连接，高速动态摄像仪7跟踪气固流化床1内单个气泡的上升过程并采集气泡8图像。如图2所示，当气固流化床1底部的布风室2内通入上升气流时，高速动态摄像仪7跟踪气固流化床1内单个气泡8的上升过程，并将采集的气泡8图像传输至计算机6，计算机6对采集的气泡8图像进行二值化处理。压力传感器4通过传感器探头3采集单个气泡8上升过程中压变信号，并将压变信号通过数据采集器5传输至计算机6。如图3所示，通过压变信号判断气泡行为：由于气泡顶部属于高压区，压力高于气泡周围的其他区域；而且，气泡上升时对其顶部粒子产生向上的推力，当这些顶部粒子受到周围粒子的阻挡时，压力将增大，因此当压力传感器4测量的压力信号在0.1s内从1250Pa增至2000Pa，判定气泡顶部接触传感器探头3所在平面，如图a点所示。根据Murray气泡模型，气泡周围的压力分布从涡流区的顶部到底部逐渐减小，因此当压力传感器4测量的压力信号在0.1s内从2000Pa降至750Pa，判定气泡通过传感器探头3所在平面，如图b点所示。气泡兼并发生时，在压变信号时域曲线上会产生一个突变。由于兼并过程是气泡低压区和顶部高压区的结合，当气泡兼并时，新气泡通过传感器探头3所在平面，并且压力持续减小，直到气泡完全通过传感器探头3所在平面。当气泡兼并完成时，气泡周围压力瞬间增大，导致传感器探头3测量的压变信号突变。压力传感器4测量的压力信号在0.2s内先由1050Pa急剧减少到-250Pa，再骤然上升至1300Pa，判定气泡产生兼并行为；如图c点所示。由于气泡尾迹处的压力比气泡周围其他部分的压力低，且气泡越平缓，尾迹角越小，尾迹体积分数越大。因此，当气泡分裂时，气泡的平坦度和尾迹体积分数达到最大值，相应的压力信号减小。当压力传感器4测量的压力信号在0.1s内从1250Pa减小到500Pa，判定气泡产生破裂行为，如图d点所示。如图4所示，二值化处理后气泡8轮廓被直径为1cm的光斑覆盖，通过二值化处理后的气泡图像对比分析相邻两帧0.03s气泡图像的演变规律。在流化床1床层流化达到稳定状态下采集气泡图像，对高速动态摄像仪7采集的气泡图像像素尺寸进行标定，选取要研究的气泡区域；采本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种气固流化床气泡运动行为识别统计方法，其特征在于，包括如下步骤：/nS1：高速动态摄像仪跟踪气固流化床内单个气泡的上升过程，压力传感器采集单个气泡上升过程中压变信号，并通过压变信号判断气泡行为；/nS2：对高速动态摄像仪采集的气泡图像像素尺寸进行标定，选取要研究的气泡区域；/nS3：提取气泡区域内的孤立气泡；/nS4：基于孤立气泡尺寸均值的计算，统计出合格气泡的数量。/n

【技术特征摘要】
1.一种气固流化床气泡运动行为识别统计方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：高速动态摄像仪跟踪气固流化床内单个气泡的上升过程，压力传感器采集单个气泡上升过程中压变信号，并通过压变信号判断气泡行为；
S2：对高速动态摄像仪采集的气泡图像像素尺寸进行标定，选取要研究的气泡区域；
S3：提取气泡区域内的孤立气泡；
S4：基于孤立气泡尺寸均值的计算，统计出合格气泡的数量。


2.根据权利要求1所述的气固流化床气泡运动行为识别统计方法，其特征在于：步骤S1通过压变信号判断气泡行为包括：当压力传感器测量的压力信号在0.1s内从1250Pa增至2000Pa，判定气泡顶部接触传感器探头所在平面；当压力传感器测量的压力信号在0.1s内从2000Pa降至750Pa，判定气泡通过传感器探头所在平面；压力传感器测量的压力信号在0.2s内先由1050Pa急剧减少到-250Pa，再骤然上升至1300Pa，判定气泡发生兼并行为；当压力传感器测量的压力信号在0.1s内从1250Pa减小到500Pa，判定气泡产生破裂行为。


3.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵跃民，张亚东，段晨龙，董良，杨金涛，杨旭亮，周恩会，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32