[发明专利]一种测量输送带上宽筛分颗粒粒度的测量装置及方法

权利要求书

1.一种测量输送带上宽筛分颗粒粒度的测量装置，其特征在于，所述测量装置包括：

单光源多光束激光发射系统，包括激光器、光纤分束器和准直扩束器；激光器发射的激光束由光纤耦合进入光纤分束器分成三束相干光，分别经过三个准直扩束器限制成直径不同的准直平行光束，照射输送带待测平面形成直径不同的多光斑，多光斑沿输送带运动方向直线排列且相互间隔一定距离，输送带上颗粒随输送带转动陆续经过各光斑产生散射光信号；

散射光信号采集系统，包括三条采集通道，每条采集通道均依次包括透镜、分束器和光电探测器；用于将输送带待测平面内不同位置光斑产生的散射光信号经过散射光信号采集系统分开记录在不同光电探测器上，得到散射光强度-时间图像；

散射光信号处理系统，通过对散射光强度-时间图像进行模式识别和反演，获得输送带待测平面内多光斑排列方向上颗粒的粒径。

2.根据权利要求1所述的测量输送带上宽筛分颗粒粒度的测量装置，其特征在于，所述的连续激光器为0mW至4000mW光强可调的固体或半导体连续激光器，波长为400nm至760nm可见光波段，光束束腰半径为0.05mm至1mm之间。

3.根据权利要求1所述的测量输送带上宽筛分颗粒粒度的测量装置，其特征在于，所述的透镜直径为10mm至100mm，焦距为20mm至200mm。

4.根据权利要求1所述的测量输送带上宽筛分颗粒粒度的测量装置，其特征在于，所述的采集通道中的透镜与准直扩束器射出的激光同轴布置，目标光斑与光电探测器各自位于透镜的两侧焦点处。

5.根据权利要求1所述的测量输送带上宽筛分颗粒粒度的测量装置，其特征在于，所述的输送带上激光光斑直径分别为0.1mm至0.5mm、0.5mm至2mm和1mm至5mm，相互间隔50mm至500mm。

6.根据权利要求1所述的测量输送带上宽筛分颗粒粒度的测量装置，其特征在于，所述的准直扩束器为准直器与扩束器的组合，光束直径调节范围0.1mm至5mm。

7.根据权利要求1所述的测量输送带上宽筛分颗粒粒度的测量装置，其特征在于，所述的光电探测器响应波长范围400到1100nm，带宽2GHz。

8.根据权利要求1所述的测量输送带上宽筛分颗粒粒度的测量装置，其特征在于，所述的散射光信号处理系统包括采集卡和计算机；采集卡通过计算机控制并连接各光电探测器，计算机控制采集卡的开关、采集频率和采集时间。

9.一种使用权利要求1-8任一所述的装置测量输送带上宽筛分颗粒粒度的测量方法，其特征在于，所述测量方法包括以下步骤：

(1)打开载有颗粒的输送带，调整输送带至宽筛分颗粒至稳定运动状态；

(2)开启激光器，激光器发射的激光束经光纤分束器分束后，经过准直扩束器调整光束直径，产生沿输送带运动方向直线排列且相互间隔一定距离的多相干光束垂直照射到输送带待测平面上的宽筛分颗粒，颗粒经过不同位置处光斑产生的散射光信号经过信号采集系统采集；

(3)调整采集通道中透镜以及光电探测器，收集目标光斑处颗粒产生的散射光信号进入各光电探测器，直至各采集通道上获得清晰的散射光强度-时间图像；

(4)打开各光电探测器及采集卡，同时记录不同光斑位置处的散射光强度-时间曲线；

(5)计算机对光电探测器记录的三个散射光强度-时间图像同时进行模式识别和反演，获得输送带待测平面内多光斑排列方向上颗粒的粒径。

10.如权利要求9所述的测量输送带上宽筛分颗粒粒度的测量方法，其特征在于，步骤(5)中获得输送带待测平面内多光斑排列方向上颗粒的粒径的方法为：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；通过时间连续性地测量，获得输送带上宽筛分颗粒粒度分布；具体为：

(5-1)根据已知颗粒移动速度与光斑间距，确定待测颗粒在各散射光强度-时间图像中信号出现时刻，由于不同位置光斑直径不同，其响应信号持续时间不同，分别确定信号持续时间为△t₁、△t₂和△t₃；

(5-2)根据已知输送带速度、光斑间距与信号持续时间，初步计算待测颗粒粒度并分类待测颗粒的粒度范围；

(5-3)提取待测颗粒在△t₁、△t₂和△t₃时间内的散射光强度和并进行傅里叶变换得到待测颗粒在频谱中的组成频率F₁(△ω₁)、F₂(△ω₂)和F₃(△ω₃)；

(5-4)结合预先标定的不同粒度颗粒在各直径光束照射下的响应曲线，对待测颗粒作模式匹配，进一步确定待测颗粒粒度。