一种基于多波长的宽筛分颗粒粒度在线测量系统的制作方法

1.本实用新型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。


背景技术：

2.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。
3.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。
4.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。


技术实现要素：

5.本实用新型提供了一种基于多波长的宽筛分颗粒粒度在线测量系统，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。
6.本实用新型提供如下技术方案：
7.一种基于多波长的宽筛分颗粒粒度在线测量系统，所述装置包括：
8.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；
9.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；
10.处理装置，接收电信号并进行处理得到颗粒粒度。
11.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度布置。进一步优选的，所述夹角为30度。
12.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。
13.优选的，所述的笼式系统通过支架悬挂于输送带上方。
14.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
15.优选的，所述的三个不同波长的激光器相互平行布置。
16.优选的，所述的激光器功率为0至5w。
17.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。
18.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。
19.优选的，所述的三条接收通道相互平行布置。
20.优选的，所述输送带上形成光斑的直径为0.05mm至1mm。
21.使用上述的装置在线测量宽筛分颗粒粒度的方法为：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，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；
22.具体包括以下步骤：
23.(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；
24.(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；
25.(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；
26.(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。
27.通过关停输送带或同时关闭三个激光器，即可结束测量。
28.本实用新型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。
29.本实用新型公开的基于多波长的宽筛分颗粒粒度在线测量系统，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
30.图1为本实用新型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
31.下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步详细描述，有必要指出的是，本实施例只用于对本实用新型进行进一步的说明，并不能理解为对本实用新型保护范围的界定。
32.如图1所示，本实用新型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。
33.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束器4合成一束光后经由光纤连接至光纤准直器5聚焦至输送带15上形成光斑。
34.散射光接收装置包括透镜6、散射光接收分束器7和三条接收通道：第一接收通道包括第一窄带滤波片8和第一光电倍增管11；第二接收通道包括第二窄带滤波片9和第二光电倍增管12；第三接收通道包括第三窄带滤波片和第三光电倍增管13。三条接收通道相互平行布置并连接至计算机14进行信号传输与处理。
35.激光发射装置光路与散射光接收装置光路均由笼式系统进行连接固定，确保光学元件沿着共同的光轴安装。光纤准直器5发出的入射光垂直向下照至输送带平面，入射光与由透镜6和散射光接收分束器7组成的接收光路呈夹角为30度布置。
36.输送带15上方设有支架，激光发射装置和散射光接收装置均由笼式系统悬挂于支架上。
37.第一激光器1、第二激光器2和第三激光器3分别可以发出功率调节范围0-5w的457nm、532nm和650nm的连续激光。
38.第一光电倍增管11、第二光电倍增管12和第三光电倍增管13 可以将接受的散射光信号转化为电信号，并将电信号放大传输计算机，计算机将接受的电信号转换成图像信号，经软件程序处理得到颗粒的粒度数据。
39.具体运行流程为：
40.第一激光器1、第二激光器2和第三激光器3分别发出波长为 457nm、532nm和650nm的连续激光，由光纤传导进入合束器4。三束不同波长激光在合束器4中合成一束激光，合束后激光由光纤连接至光纤准直器5聚焦至输送带15上形成直径为0.1mm的光斑，入射激光光斑照射到随输送带运动的燃料颗粒发生散射现象。根据光散射原理，散射光强信号强度与颗粒大小以及激光波长有关。散射光经过透镜6汇聚后被散射光接收分束器7接收，并被分
为三条接收光路，第一窄带滤波片8、第二窄带滤波片9和第三窄带滤波片10具有选择性，只允许一种波长的光通过，第一光电倍增管11、第二光电倍增管12和点光电倍增管13分别记录三种特定波长散射光信号，并将散射光信号传输至计算机14，计算机14使用散射光信号计算程序进一步处理，即可得到颗粒的粒度数据。
41.测量时：
42.第一激光器1、第二激光器2和第三激光器3同时开启，激光合束后光斑聚焦于一处，输送带15以一定速度传输燃料颗粒，颗粒经过光斑处产生散射信号，第一光电倍增管11、第二光电倍增管12和第三光电倍增管13采集随时间变化的电信号并传输至计算机。
43.计算机获得散射光强度随时间响应曲线和其中λ1、λ2和λ3为三种激光波长，t为散射光信号记录时刻。由于不同波长激光合束后光斑直径相同，因此同一颗粒在不同波长激光照射下产生的散射光信号强度p不同、持续时间
△
t相同，通过适当算法匹配和中
△
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。
44.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，通过合适的算法匹配最接近的标定颗粒粒度，进一步确定待测颗粒粒度。
45.对采集的多通道散射光信号整体进行傅里叶变换得到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。
46.输送带15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。关停输送带 15或同时关闭第一激光器1、第二激光器2和第三激光器3，即可结束测量。
47.上述是结合实施例对本实用新型作详细说明，但是本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，其它任何在本实用新型专利核心指导思想下所作的改变、替换、组合简化等都包含在本实用新型专利的保护范围之内。