煤质检测方法及其应用的煤质激光检测分析仪器的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种煤质检测方法及其应用的煤质激光检测分析仪器，煤质激光检测分析仪器包括：三维运动样品平台，所述三维运动样品平台用于移动待测的煤饼，并将煤饼送入检测区域；激光装置，所述激光装置设置在检测区域的上方，并且所述激光装置包括用于发出激光的脉冲激光器和将激光聚焦在检测区域上的煤饼表面的自动聚焦器件；光谱分析装置，所述光谱分析装置包括光谱仪和光谱采集组件，光谱采集组件与光谱仪相连，以便光谱采集组件采集煤饼表面激发的等离子体所辐射出的带有相应的煤饼信息的光，并将其传递给光谱仪；计算机，所述光谱仪与所述计算机相连，以便光谱仪将生成的光谱响应信号传递给计算机。通过该方法可以得到高精度的煤质在线分析结果。
【专利说明】
煤质检测方法及其应用的煤质激光检测分析仪器
技术领域
[0001 ]本发明涉及一种煤质检测方法及其应用的煤质激光检测分析仪器。
【背景技术】
[0002]目前，在煤矿，洗煤厂，燃煤电厂等煤的生产和使用单位，产煤用煤的煤炭指标会直接影响到企业的生产效益，根据煤炭的不同工业指标以及元素含量，实时调整、优化生产工艺，在煤矿与选煤厂可以有效提高煤炭质量，提高精煤产率，控制精煤指标;在燃煤电厂可以通过调整工艺优化燃烧，节约能源，减少污染排放。传统的煤炭工业指标和元素的测量方法具有分析速度慢，工艺繁琐，无法实现在线过程控制等缺陷，往往在煤炭生产使用过程中有较大的滞后性，经常造成资源的浪费与环境的污染。
[0003]目前常用的煤炭工业指标以及元素的在线分析技术为X射线荧光技术，中子感生瞬发伽马射线分析技术和双能伽马射线透射技术。X射线荧光技术只能测量原子序数大于11的元素，对煤中的碳元素、氢元素、氮元素等无法测量，造成了不能对煤中固定碳、氢测量的缺陷，并且测量精度和灵敏度不高。中子感生瞬发伽马射线分析技术存在投资大，辐射危害大和放射源半衰期短的缺点。而双能伽马射线技术则无法进行全元素分析，成本高并有安全隐患。由于存在这些缺点，这些技术并没有得到广泛的应用。
【发明内容】
[0004]本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种煤质检测方法，通过该方法可以得到高精度的煤质在线分析结果。
[0005]本发明解决上述技术问题采取的技术方案是:一种煤质检测方法，该方法的步骤中含有:
(a)通过煤质自动采样装置对煤质进行采样；
(b)采样的煤质中的一部分在煤粉制粉和压饼装置中进行处理形成煤粉，并对煤粉进行压饼处理形成煤饼;采样的煤质中的另一部分被送往化验室分析煤粉的工业指标和元素含量；
(C)将煤粉制粉和压饼装置中形成的煤饼送入三维运动样品平台，并通过三维运动样品平台将煤饼送至检测区域；
(d)采用一脉冲激光器发出激光，并将激光通过激光自动聚焦器件聚焦在检测区域上的煤饼表面，煤饼表面激发出等离子体，等离子体辐射出的带有相应的煤饼信息的光再被光谱采集组件采集并送至光谱仪进行分析，然后分析后输出的光谱响应信号采集至计算机中；在此过程中，通过移动三维运动样品平台，变换激光在煤饼上打点的点位；
(e)在计算机中，根据多个光谱响应信号进行建模分析，并将光谱响应信号和步骤(b)中化验室得到的工业指标和元素含量进行数学比对分析，建立模型;重复进行步骤(a)到步骤(d)，将每次得到的光谱响应信号作为模型的输入，通过模型分析出煤样的工业指标和元素含量。
[0006]进一步，在所述的步骤(a)中，所述煤质自动采样装置每隔一定时间取一次煤样，并且煤样通过煤质自动采样装置内部的一次破碎和一次缩分后再进行步骤(b)。
[0007]进一步，在所述的步骤(b)中，在煤粉制粉和压饼装置内对每次采样的煤样进行破碎和烘干处理后再磨成煤粉。
[0008]进一步，在所述的步骤(c)中，通过一煤饼探测器件对三维运动样品平台上的煤饼是否正确放置进行探测:当煤饼放置正确时，所述三维运动样品平台把煤饼送入检测区域；当煤饼放置不正确时，则等待煤饼放置正确。
[0009]进一步，在所述的步骤(d)中，移动三维运动样品平台使三维运动样品平台上煤饼按Z字形进行步进移动，每次当运动停止时，脉冲激光器发出激光，并将激光通过激光自动聚焦器件聚焦在检测区域上的煤饼表面。
[0010]本发明还提供了一种煤质激光检测分析仪器，它包括:
三维运动样品平台，所述三维运动样品平台用于移动待测的煤饼，并将煤饼送入检测区域；
激光装置，所述激光装置设置在检测区域的上方，并且所述激光装置包括用于发出激光的脉冲激光器和将激光聚焦在检测区域上的煤饼表面的自动聚焦器件；
光谱分析装置，所述光谱分析装置包括光谱仪和光谱采集组件，光谱采集组件与光谱仪相连，以便光谱采集组件采集煤饼表面激发的等离子体所辐射出的带有相应的煤饼信息的光，并将其传递给光谱仪；
计算机，所述光谱仪与所述计算机相连，以便光谱仪将生成的光谱响应信号传递给计算机。
[0011]进一步，煤质激光检测分析仪器还包括延时信号产生器，脉冲激光器的控制输入端与所述计算机相连，所述延时信号产生器的信号输入端与计算机相连，所述延时信号产生器的信号输出端与所述光谱仪相连。
[0012]进一步为了使光谱仪能够得到辐射最弱、有效光谱最强的光谱，所述自动聚焦器件包括第一反射镜、第二反射镜和聚焦透镜，脉冲激光器发出的激光正对所述第一反射镜，第一反射镜反射出的激光正对所述第二反射镜，所述第二反射镜反射出来的激光垂直入射聚焦透镜，聚焦透镜折射后的激光聚焦在检测区域上的煤饼表面。
[0013]进一步，所述光谱采集组件包括准直镜和光纤，光纤的一端与准直镜相连，光纤的另一端与光谱仪相连。
[0014]采用了上述技术方案后，本发明的方法通过结合机械采样，自动制样，获得具有代表性的煤样，然后通过煤饼压制将煤粉制成煤饼，之后通过自动多点测量，平均光谱响应信号，建立起光谱响应信号和煤炭工业指标及元素含量的数学模型，最后利用该数学模型对煤炭进行在线分析，从而获得高精度的在线结果。相比于其他激光诱导击穿光谱(LIBS)检测方法，克服了 LIBS表面采样代表性差的问题，相比于其他在线煤炭测量方法，测量精度高，并且没有辐射源，投资小，体积小，方便安装。
【附图说明】
[0015]图1为本发明的煤质激光检测分析仪器的原理框图。
【具体实施方式】
[0016]为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明。
[0017]一种煤质检测方法，该方法的步骤中含有:
(a)通过煤质自动采样装置对煤质进行采样；
(b)采样的煤质中的一部分在煤粉制粉和压饼装置中进行处理形成煤粉，并对煤粉进行压饼处理形成煤饼;采样的煤质中的另一部分被送往化验室分析煤粉的工业指标和元素含量；
(C)将煤粉制粉和压饼装置中形成的煤饼送入三维运动样品平台，并通过三维运动样品平台将煤饼送至检测区域；
(d)采用一脉冲激光器发出激光，并将激光通过激光自动聚焦器件聚焦在检测区域上的煤饼表面，煤饼表面激发出等离子体，等离子体辐射出的带有相应的煤饼信息的光再被光谱采集组件采集并送至光谱仪进行分析，然后分析后输出的光谱响应信号采集至计算机中；在此过程中，通过移动三维运动样品平台，变换激光在煤饼上打点的点位；
(e)在计算机中，根据多个光谱响应信号进行建模分析，并将光谱响应信号和步骤(b)中化验室得到的工业指标和元素含量进行数学比对分析，建立模型;重复进行步骤(a)到步骤(d)，将每次得到的光谱响应信号作为模型的输入，通过模型分析出煤样的工业指标和元素含量。分析结果被存储下来，并且可以显示，打印或通过网络，电路或其他连接方式送往其他系统。
[0018]在所述的步骤(a)中，所述煤质自动采样装置每隔一定时间取一次煤样，并且煤样通过煤质自动采样装置内部的一次破碎和一次缩分后再进行步骤(b)。
[0019]在所述的步骤(b)中，在煤粉制粉和压饼装置内对每次采样的煤样进行破碎和烘干处理后再磨成0.2mm左右的煤粉，烘干可以通过加热棒进行烘干;然后煤粉通过气粉分离器送往传送机构，传送机构将一部分煤粉送到模具内，液压机通过10Mpa的压力将模具内的煤粉压制成饼，而另一部分煤至被送往留样盒，留样盒中的煤粉被送往化验室，以方便进行校准或结果比对。
[0020]在所述的步骤(c)中，通过一煤饼探测器件对三维运动样品平台上的煤饼是否正确放置进行探测:当煤饼放置正确时，所述三维运动样品平台把煤饼送入检测区域；当煤饼放置不正确时，则等待煤饼放置正确。
[0021]在所述的步骤(d)中，移动三维运动样品平台使三维运动样品平台上煤饼按Z字形进行步进移动，每次可以移动约1.5mm的距离，每次当运动停止时，脉冲激光器发出激光，并将激光通过激光自动聚焦器件聚焦在检测区域上的煤饼表面。
[0022]如图1所示，一种煤质激光检测分析仪器，它包括:
三维运动样品平台，所述三维运动样品平台用于移动待测的煤饼，并将煤饼送入检测区域；
激光装置，所述激光装置设置在检测区域的上方，并且所述激光装置包括用于发出激光的脉冲激光器和将激光聚焦在检测区域上的煤饼表面的自动聚焦器件；
光谱分析装置，所述光谱分析装置包括光谱仪和光谱采集组件，光谱采集组件与光谱仪相连，以便光谱采集组件采集煤饼表面激发的等离子体所辐射出的带有相应的煤饼信息的光，并将其传递给光谱仪；
计算机，所述光谱仪与所述计算机相连，以便光谱仪将生成的光谱响应信号传递给计算机。
[0023]如图1所示，煤质激光检测分析仪器还包括控制器和延时信号产生器，脉冲激光器的控制输入端与所述计算机相连，所述延时信号产生器的信号输入端与计算机相连，所述延时信号产生器的信号输出端与所述光谱仪相连。
[0024]如图1所示，所述自动聚焦器件包括第一反射镜1、第二反射镜2和聚焦透镜3，脉冲激光器发出的激光正对所述第一反射镜1，第一反射镜I反射出的激光正对所述第二反射镜2，所述第二反射镜2反射出来的激光垂直入射聚焦透镜3，聚焦透镜3折射后的激光聚焦在检测区域上的煤饼表面。
[0025]如图1所示，所述光谱采集组件包括准直镜4和光纤，光纤的一端与准直镜4相连，光纤的另一端与光谱仪相连。
[0026]本发明的脉冲激光器采用Nd: YAG脉冲激光器，激光波长为1064nm，脉宽为5ns，在检测的时候采用能量为90mJ的激光对样品进行激发并通过瞬间高温在样品表面激发出等离子体，等离子体向外发射出带有待测样品信息的光信息，准直镜4将光收集之后通过光纤传送到光谱仪中，光在光谱仪中成像并将结果发送至控制电脑中进行处理。
[0027]在检测系统中，脉冲激光器与两个反射镜、一个聚焦透镜3以及样品室内的样品呈垂直布置，调整角度使得脉冲激光器出光口正对第一反射镜I，第一反射镜I反射出来的激光正对第二反射镜2中心，第二反射镜2反射出来的激光垂直入射聚焦透镜3，脉冲激光器产生激光，经过聚焦透镜3之后，在样品室内的煤饼上表面聚焦成一个高能激光点并激发出等离子体，准直镜4正对等离子体，通过光纤与光谱仪连接，并把收集到的等离子体发射出来带有样品信息的光通过光纤发送到光谱仪，光谱仪经过延时信号产生器的控制，在一定延时之后，在辐射最弱、有效光谱最强的时候成像，成像后将光谱发送到光谱仪，计算机同时可通过控制三维运动样品平台移动，使得样品能够在激光下呈阵列(Z型)移动，激光能够均匀的尽可能多的分布在煤饼样品上，使得到的光谱信息更加能够代表整个煤饼。
[0028]本发明中由煤饼探测器件对煤饼进行探测，煤饼探测器件由光敏电阻、光敏模块和光谱仪组成，如果检测到煤饼则输送信号给光谱仪，计算机采集到这个信号之后发送运动指令给三维运动样品平台，三维运动样品平台将煤饼输送至检测区域，由自动聚焦器件对检测激光与样品之间进行对焦，如果多次对焦不成功，则认为该煤饼不符合检测要求，此时三维运动样品平台执行弃样指令，将不合格煤饼送出样品室然后继续等待样品输送，如果对焦成功，则执行检测指令。
[0029]以上所述的具体实施例，对本发明解决的技术问题、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种煤质检测方法，其特征在于该方法的步骤中含有: (a)通过煤质自动采样装置对煤质进行采样； (b)采样的煤质中的一部分在煤粉制粉和压饼装置中进行处理形成煤粉，并对煤粉进行压饼处理形成煤饼;采样的煤质中的另一部分被送往化验室分析煤粉的工业指标和元素含量； (C)将煤粉制粉和压饼装置中形成的煤饼送入三维运动样品平台，并通过三维运动样品平台将煤饼送至检测区域； (d)采用一脉冲激光器发出激光，并将激光通过激光自动聚焦器件聚焦在检测区域上的煤饼表面，煤饼表面激发出等离子体，等离子体辐射出的带有相应的煤饼信息的光再被光谱采集组件采集并送至光谱仪进行分析，然后分析后输出的光谱响应信号采集至计算机中；在此过程中，通过移动三维运动样品平台，变换激光在煤饼上打点的点位； (e)在计算机中，根据多个光谱响应信号进行建模分析，并将光谱响应信号和步骤(b)中化验室得到的工业指标和元素含量进行数学比对分析，建立模型;重复进行步骤(a)到步骤(d)，将每次得到的光谱响应信号作为模型的输入，通过模型分析出煤样的工业指标和元素含量。2.根据权利要求1所述的煤质检测方法，其特征在于:在所述的步骤(a)中，所述煤质自动采样装置每隔一定时间取一次煤样，并且煤样通过煤质自动采样装置内部的一次破碎和一次缩分后再进行步骤(b)。3.根据权利要求1所述的煤质检测方法，其特征在于:在所述的步骤(b)中，在煤粉制粉和压饼装置内对每次采样的煤样进行破碎和烘干处理后再磨成煤粉。4.根据权利要求1所述的煤质检测方法，其特征在于:在所述的步骤(c)中，通过一煤饼探测器件对三维运动样品平台上的煤饼是否正确放置进行探测:当煤饼放置正确时，所述三维运动样品平台把煤饼送入检测区域;当煤饼放置不正确时，则等待煤饼放置正确。5.根据权利要求1所述的煤质检测方法，其特征在于:在所述的步骤(d)中，移动三维运动样品平台使三维运动样品平台上煤饼按Z字形进行步进移动，每次当运动停止时，脉冲激光器发出激光，并将激光通过激光自动聚焦器件聚焦在检测区域上的煤饼表面。6.一种煤质激光检测分析仪器，其特征在于，它包括: 三维运动样品平台，所述三维运动样品平台用于移动待测的煤饼，并将煤饼送入检测区域； 激光装置，所述激光装置设置在检测区域的上方，并且所述激光装置包括用于发出激光的脉冲激光器和将激光聚焦在检测区域上的煤饼表面的自动聚焦器件； 光谱分析装置，所述光谱分析装置包括光谱仪和光谱采集组件，光谱采集组件与光谱仪相连，以便光谱采集组件采集煤饼表面激发的等离子体所辐射出的带有相应的煤饼信息的光，并将其传递给光谱仪； 计算机，所述光谱仪与所述计算机相连，以便光谱仪将生成的光谱响应信号传递给计算机。7.根据权利要求6所述的煤质激光检测分析仪器，其特征在于:它还包括延时信号产生器，脉冲激光器的控制输入端与所述计算机相连，所述延时信号产生器的信号输入端与计算机相连，所述延时信号产生器的信号输出端与所述光谱仪相连。8.根据权利要求6所述的煤质激光检测分析仪器，其特征在于:所述自动聚焦器件包括第一反射镜、第二反射镜和聚焦透镜，脉冲激光器发出的激光正对所述第一反射镜，第一反射镜反射出的激光正对所述第二反射镜，所述第二反射镜反射出来的激光垂直入射聚焦透镜，聚焦透镜折射后的激光聚焦在检测区域上的煤饼表面。9.根据权利要求6所述的煤质激光检测分析仪器，其特征在于:所述光谱采集组件包括准直镜和光纤，光纤的一端与准直镜相连，光纤的另一端与光谱仪相连。
【文档编号】G01N21/71GK106093011SQ201610548951
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年7月12日
【发明人】柳宇飞, 郝亮, 曹杨伟, 张军平, 周涵, 赵之浩, 张常飞, 刘瑞斌
【申请人】宝瑞激光科技（常州）有限公司