[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

说明书

本发明公开了一种测量输送带上宽筛分颗粒粒度的测量装置：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依次经光纤分束器和准直扩束器限制成直径不同的准直平行光束，照射输送带形成直径不同的多光斑，颗粒经过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，用于将散射光信号依次经透镜和分束器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，获得颗粒的粒径。本发明还公开了一种采用上述测量装置的测量方法。该装置和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，测量结果准确及时。

技术领域

本发明涉及粒度在线测量领域，具体涉及一种测量输送带上宽筛分颗粒粒度的测量装置及方法。

背景技术

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。

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，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。然而，现有的成熟的颗粒粒度测量方法主要将颗粒分散在溶液中，或者对气流中颗粒的直接测量，在许多工业过程中，如CFB锅炉，燃料主要通过破煤机进行破碎后利用输送皮带和给料机运送到炉膛，现有的方法难以对堆积在输送皮带上的致密颗粒流进行测量。

如公开号为CN107255608A的中国发明专利公开了一种基于单光电探测器的颗粒粒度测量仪，该装置包括数字微透镜阵列、透镜组、单光电探测器。该发明优化衍射光强的获取方式，对基于前向光散射法的激光粒度仪进行改进。但该装置需要通过气力运输待测颗粒，且测量粒度上限为微米级，无法适应宽筛分颗粒测量。如公开号为CN105699357A的中国发明专利公开了一种基于二维拉曼光谱的颗粒粒度测量方法，该方法采集已知颗粒的特征拉曼谱峰，利用二维数据拟合方式获取拉曼谱峰的半峰宽，拟合颗粒粒度与半峰宽之间的关联式。针对待测颗粒，采集特征拉曼谱峰获得半峰宽后，依据关联式实现粒度的测量。但是该方法采用的拉曼光谱针对简单物质具有较好的谱峰辨识度，针对循环流化床燃料等复杂物质的辨识效果还有待改进。如公开号为CN109598715A的中国发明专利公开了一种基于机器视觉的物料粒度在线检测方法，该方法拍摄运动时传输带上的煤粉颗粒，通过计算机图像分割算法，对传送带上物料颗粒粒度进行实时在线检测，同时加入测距模块对物料厚度变化引起的粒度计算误差进行修正。

发明内容

本发明提供了一种测量输送带上宽筛分颗粒粒度的测量装置及方法，基于光散射原理，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。

一种测量输送带上宽筛分颗粒粒度的测量装置，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；