一种利用光散射法测量井下煤尘浓度的方法技术

本发明专利技术属于井下煤尘浓度检测技术领域，具体涉及一种利用光散射法测量井下煤尘浓度的方法。本发明专利技术的步骤如下：确定第一煤尘密度检测点；获得检测目标一的图像灰度值；获得检测目标二处的图像灰度值；计算消光系数；计算煤尘颗粒密度；记录输入激光光源的电流和光电探测器捕捉到散射后激光时的光电探测器输出电流；获得所有煤尘密度检测点的消光系数和煤尘颗粒密度，通过均值求解的方式获得平均消光系数和煤尘平均密度；计算第一煤尘密度检测点的煤尘浓度。本发明专利技术具备操作流程便捷和测试数据准确的优点，能在低成本化的前提下确保对井下煤尘浓度的实时监测，最终为实现井下煤尘浓度检测和防治的一体化流程提供基础保证。检测和防治的一体化流程提供基础保证。检测和防治的一体化流程提供基础保证。

【技术实现步骤摘要】
一种利用光散射法测量井下煤尘浓度的方法


[0001]本专利技术属于井下煤尘浓度检测
，具体涉及一种利用光散射法测量井下煤尘浓度的方法。

技术介绍

[0002]煤炭开采过程中，随着煤矿机械化水平的提高，单位时间开采量不断增加，使得井下工作面煤尘浓度越来越高；煤尘本身不仅对煤矿工人的身体健康造成了较大影响，同时煤尘爆炸也是威胁矿井安全生产的重要事故之一。因此，实时监测井下煤尘浓度十分重要。
[0003]目前通用的煤尘浓度测量方法包括取样法和非取样法，其中：取样法的代表之一为粉尘采样器，现已被列入粉尘排放测试方法的国家标准中，其余各种取样法的仪器目前在这方面还停留在比较落后的水平上。粉尘采样器的优点是测量精度较高，理论上能达到
±
10％，但其缺点也较多，如影响测量精度的因素较多、占用房间和设备较多、采样时间较长、操作程序繁杂、仪器维修量大、花费成本较高等等。对于非取样法，例如光透射法、电荷感应法、预测流速法、静/动压平衡测速法等，则会在井下的大空间范围内受到煤尘分布不均的影响，尤其悬浮的尘埃云是动态的，并随着设施中的气流移动，灰尘可以从处理设施中的各种位置释放出来，这些都导致检测精度上往往不尽如人意。此外，几乎所有非取样测量粉尘浓度的方法都需要在工业设施中购买和安装新设备，这也部分提升了检测的成本性。因此，是否能研发出一种低成本、可便捷操作且性价比高的煤尘浓度实时测量方法，为本领域近年来所亟待解决的技术难题。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是克服上述现有技术的不足，提供一种利用光散射法测量井下煤尘浓度的方法，其具备操作流程便捷和测试数据准确的优点，能在低成本化的前提下确保对井下煤尘浓度的实时监测，最终为实现井下煤尘浓度检测和防治的一体化流程提供基础保证。
[0005]为实现上述目的，本专利技术采用了以下技术方案：
[0006]一种利用光散射法测量井下煤尘浓度的方法，其特征在于包括以下步骤：
[0007]S1.确定第一煤尘密度检测点；
[0008]S2.获得检测目标一的图像灰度值：
[0009]在第一煤尘密度检测点处固定一个检测空间，在检测空间内加入激光光源，并在激光光源的照射路径上放置工业相机，令工业相机与激光光源之间距离为R1；用工业相机对着激光光源拍摄照片，提取照片中的图像灰度值，从而获得检测目标一的图像灰度值；
[0010]S3.获得检测目标二处的图像灰度值：
[0011]在第一煤尘密度检测点处，沿激光光源的照射路径移动检测目标一处的工业相机至距离激光光源R2处，再对着激光光源拍摄照片，提取照片中的图像灰度值，从而获得检测目标二的图像灰度值；
[0012]S4.计算消光系数：
[0013]通过检测目标一与检测目标二的图像灰度值，计算消光系数；
[0014]S5.计算煤尘颗粒密度：
[0015]封闭并收集检测空间中的煤尘颗粒，计算煤尘颗粒的总重量，进而获得第一煤尘密度检测点的煤尘颗粒密度；
[0016]S6.记录输入激光光源的电流I0，有煤尘阻挡时，激光光源发出的激光经过煤尘颗粒时会发生散射，此时记录光电探测器捕捉到散射后激光时的光电探测器输出电流I；
[0017]S7.在第一煤尘密度检测点外重新选择其他煤尘密度检测点，作为参考数据点；重复步骤S2
‑
S5，获得所有煤尘密度检测点的消光系数和煤尘颗粒密度，通过均值求解的方式获得平均消光系数和煤尘平均密度
[0018]S8.以下式计算第一煤尘密度检测点的煤尘浓度：
[0019][0020]其中：
[0021]M为煤尘浓度；
[0022]I0为输入激光光源的电流；
[0023]I为光电探测器输出电流；
[0024]为煤尘平均密度；
[0025]为平均消光系数；
[0026]L为光电探测器与激光光源之间的探测距离；
[0027]D为煤尘颗粒粒度，通过对步骤S5中收集的煤尘颗粒进行粒度分析得到。
[0028]优选的，所述步骤S2中，检测目标一的图像灰度值的计算公式为：
[0029]ΔG1＝|G
0R1
‑
G
gR1
|
[0030]其中：
[0031]ΔG1为检测目标一的图像灰度值；
[0032]G
0R1
为工业相机距离激光光源R1且无煤尘阻挡时的照片的图像灰度值；
[0033]G
gR1
为工业相机距离激光光源R1且有煤尘阻挡时的照片的图像灰度值；
[0034]所述步骤S3中，检测目标二的图像灰度值的计算公式为：
[0035]ΔG2＝|G
0R2
‑
G
gR2
|
[0036]其中：
[0037]ΔG2为检测目标二的图像灰度值；
[0038]G
0R2
为工业相机距离激光光源R2且无煤尘阻挡时的照片的图像灰度值；
[0039]G
gR2
为工业相机距离激光光源R2且有煤尘阻挡时的照片的图像灰度值。
[0040]优选的，所述步骤S4中，消光系数的计算公式如下：
[0041][0042]其中：
[0043]ε表示消光系数。
[0044]优选的，所述步骤S5中，通过重力传感器获取煤尘颗粒的总重量，以下公式进行煤尘颗粒密度的计算：
[0045][0046]其中：
[0047]ρ表示煤尘颗粒密度；
[0048]m为煤尘颗粒的总重量；
[0049]v为检测空间的体积。
[0050]优选的，所述步骤S7中，先确定煤尘密度检测点的编号i＝(1，2，
…
，i)，随后通过下式进行平均消光系数的计算：
[0051][0052]其中：
[0053]为平均消光系数；
[0054]ε
i
为第i个煤尘密度检测点的消光系数；
[0055]通过下式进行煤尘平均密度的计算：
[0056][0057]其中：
[0058]为煤尘平均密度；
[0059]ρ
i
为第i个煤尘密度检测点的煤尘颗粒密度。
[0060]本专利技术的有益效果在于：
[0061]通过上述方案，本专利技术可以简便化、快速化及精确化的解决井下煤尘浓度实时检测困难这一问题，使之能够实时检测井下巷道或者工作面的煤尘浓度。此外，一方面，由于整个测试过程均依托于现有设备即可实现，甚至单纯依靠便携式的工业相机和激光发生器等设备即可操作，因此操作成本显然更低；另一方面，在对井下的待测区进行检测时，只需在该处布置第一煤尘密度检测点，并通过其他点的煤尘密度检测点来充实数据库以形成对比库，从而进一步纠正和优化中间计算值，最终得以确保了测试数据的精确性。
[0062]至此，本专利技术能在低成本化的前提下实现对井下工作安全系数的实时监本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种利用光散射法测量井下煤尘浓度的方法，其特征在于包括以下步骤：S1.确定第一煤尘密度检测点；S2.获得检测目标一的图像灰度值：在第一煤尘密度检测点处固定一个检测空间，在检测空间内加入激光光源，并在激光光源的照射路径上放置工业相机，令工业相机与激光光源之间距离为R1；用工业相机对着激光光源拍摄照片，提取照片中的图像灰度值，从而获得检测目标一的图像灰度值；S3.获得检测目标二处的图像灰度值：在第一煤尘密度检测点处，沿激光光源的照射路径移动检测目标一处的工业相机至距离激光光源R2处，再对着激光光源拍摄照片，提取照片中的图像灰度值，从而获得检测目标二的图像灰度值；S4.计算消光系数：通过检测目标一与检测目标二的图像灰度值，计算消光系数；S5.计算煤尘颗粒密度：封闭并收集检测空间中的煤尘颗粒，计算煤尘颗粒的总重量，进而获得第一煤尘密度检测点的煤尘颗粒密度；S6.记录输入激光光源的电流I0，有煤尘阻挡时，激光光源发出的激光经过煤尘颗粒时会发生散射，此时记录光电探测器捕捉到散射后激光时的光电探测器输出电流I；S7.在第一煤尘密度检测点外重新选择其他煤尘密度检测点，作为参考数据点；重复步骤S2
‑
S5，获得所有煤尘密度检测点的消光系数和煤尘颗粒密度，通过均值求解的方式获得平均消光系数和煤尘平均密度S8.以下式计算第一煤尘密度检测点的煤尘浓度：其中：M为煤尘浓度；I0为输入激光光源的电流；I为光电探测器输出电流；为煤尘平均密度；为平均消光系数；L为光电探测器与激光光源之间的探测距离；D为煤尘颗粒粒度，通过对步骤S5中收集的煤尘颗粒进行粒度分析得到。2.根据权利要求1所述的一种利用光散射法测量井下煤尘浓度的方法，其特征在于：所述步骤S2中，检测目标一的图像灰度值的计算公式为：ΔG1＝...

【专利技术属性】
技术研发人员：尹建强，朱宏政，潘高超，张勇，江丙友，袁亮，高忠林，纪子涵，何海陵，
申请(专利权)人：安徽理工大学环境友好材料与职业健康研究院芜湖，
类型：发明
国别省市：