CN101532824A - 数字化煤尘爆炸瞬间火焰长度测定系统及爆炸性测定方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种数字化煤尘爆炸瞬间火焰长度测定系统，包括用于引爆煤尘的高温加热起爆子系统、用于向高温加热起爆子系统送入煤尘的发尘子系统、用于煤尘爆炸瞬间火焰图像拍摄及数据采集的子系统和主控制单元；所述发尘子系统和高温加热起爆子系统与主控制单元电连接，并受主控制单元控制，所述图像拍摄及数据采集子系统与主控制单元电连接，并将采集到的图像数据输出到主控制单元中进行处理，另外，本发明还公开了一种数字化煤尘爆炸性测定方法，本发明将计算机图像处理分析技术用于煤尘爆炸所产生的火焰分析当中，较之现有的鉴定技术，其准确性和科学性得到大大提高，鉴定结果也更客观公正。

Description

数字化煤尘爆炸瞬间火焰长度测定系统及爆炸性测定方法

技术领域

本发明涉及矿用煤样检测设备与方法领域，特别涉及一种数字化煤尘爆炸瞬间火焰长度测定系统及爆炸性测定方法。

背景技术

我国是产煤大国、目前己发现含煤面积约5.5万平方公里，含煤量约占世界煤炭资源的11.1％，居世界第三位。但是由于我国煤矿大多是深井煤矿，在高产量的同时，又有许多问题。其中煤尘问题是长期以来困扰煤炭系统的灾害之一，煤尘的产生存在于煤炭的生产、输运等各个环节。

煤尘浓度过高会有爆炸的危险，煤尘浓度达到爆炸下限的情况虽然并不常见，但在煤层中放炮的瞬间和放炮后的短时间内，常使悬浮煤尘达到爆炸的下限浓度。另外，矿井巷道中普遍有大量的连续沉积的煤尘，这些煤尘如果重新飞扬在空气中就可以迅速达到爆炸下限的浓度，这是使许多局部性事故迅速扩大成区域性事故或全矿性重大恶性事故的主要原因。据有关部门统计，在近年来发生的煤矿重大瓦斯爆炸事故中，涉及到煤尘参与的爆炸就有80％以上。并且飞扬在空气中的粉尘长时间不沉降，随着人的呼吸进入人体的呼吸器官，沉留在肺部而引起矽肺病。

因此，为更好地减少煤尘的危害性，需要科学地了解煤尘的性质，如煤尘的自燃性和爆炸性，这些特性也是导致煤矿井下自然灾害的两大因素。煤尘爆炸性鉴定工作是煤炭安全生产领域的重要环节之一。通过对开采矿层和地质勘探煤层的煤尘进行爆炸性鉴定可以对煤尘的性质有一个客观正确的认识，可促使煤矿在生产过程当中采取更加合理有效的防护措施，减少煤尘爆炸事故的发生。

此外，煤矿安全规程中规定：“新矿井的地质精查报告中，必须有所有煤层的煤尘爆炸性鉴定资料。生产矿井每延深一个新水平，应进行一次煤尘爆炸性试验工作”。因此进行煤尘爆炸性试验的意义重大。

煤尘爆炸性的常用鉴定方法有两种：一种是在大型煤尘爆炸试验巷道中进行，这种方法比较准确可靠，但工作繁重复杂，所以一般作为标准鉴定用；另一种是在实验室内使用大管状煤尘爆炸性鉴定仪进行，这是目前我国主要采用的方法，该仪器主要是凭测量员肉眼观察煤尘燃烧瞬间的火焰长度来确定其爆炸性，且温度和气压调节与控制全是手动的。由于煤尘燃烧瞬间的火焰长度持续时间非常短，一般仅为毫秒级，若单凭肉眼观察，存在检测精度差、重复性误差大、人为因素影响大、智能化控制程度低等缺陷，同时鉴定单位为了安全起见，通常的做法就是提高检测的标准，将一些本不具备爆炸的煤尘定性为具有爆炸性，这虽然减小了鉴定单位的风险，但也无形中会加大煤矿企业生产的负担，提高其安全防护的成本。

因此，目前急需一种更精准的煤尘爆炸瞬间火焰长度测定系统，能够使煤尘爆炸性的检测和鉴定更加科学化、准确化、自动化，从而使煤尘爆炸性的鉴定工作达到一个更高的水平。

发明内容

煤粉是碳、氢和挥发硫组成的可燃性粉尘，不仅容易自燃，而且容易发生爆炸。煤粉爆炸的实质是气体爆炸，即煤粉和可挥发气体瞬间与氧气结合剧烈燃烧的过程，其持续时间非常短，气浪传输速度非常快。在测定煤粉爆炸特性的时候，一般是通过实验测定爆炸下限与火焰长度这两个参数来确定煤粉的爆炸性。爆炸下限指能使喷入一定装置中的粉尘云点燃并维持火焰传播的最小粉尘浓度，是确定粉尘爆炸性重要参数；该长度随煤粉爆炸性的强弱而显著变化：火焰长度大于800毫米可认定该煤粉具有强爆炸性；在10～800毫米之间则煤粉具有中强度爆炸性；在3～10毫米之间则煤粉具有弱爆炸性；小于3毫米则煤粉无爆炸性。

根据该原理，本发明提供了一种数字化煤尘爆炸瞬间火焰长度测定系统及爆炸性测定方法，通过数字技术，能够将煤尘爆炸火焰的光信息转换成数字信号，并利用计算机数字图像处理技术对火焰图像进行处理分析，从而根据测量的火焰长度自动判断煤尘的爆炸性。

本发明的目的之一是提供一种数字化煤尘爆炸瞬间火焰长度测定系统，包括用于引爆煤尘的高温加热起爆子系统、用于向高温加热起爆子系统送入煤尘的发尘子系统、用于煤尘爆炸瞬间火焰图像拍摄及数据采集的子系统和主控制单元；所述发尘子系统和高温加热起爆子系统与主控制单元电连接，并受主控制单元的控制，所述拍摄煤尘爆炸瞬间火焰长度的图像拍摄及数据采集子系统与主控制单元电连接，并将采集到的图像输出到主控制单元中进行处理。

进一步，所述高温加热起爆子系统包括透明材质的起爆管、设置在起爆管内部的电热丝以及与电热丝相连接的温度检测/调节装置，所述温度检测/调节装置与主控制单元电连接；

进一步，所述发尘子系统包括煤尘试样喷管、连接管、微型气泵及气压检测/调节装置，所述煤尘试样喷管的进气端通过连接管与气压检测/调节装置的出气端相连，所述气压检测/调节装置的进气端通过连接管与微型气泵的出气口相连，所述煤尘试样喷管的喷出端处于起爆管的进口端中心轴线上且与电热丝相对，所述气压检测/调节装置与主控制单元电连接；

进一步，还包括煤尘回吸处理装置，所述煤尘回吸处理装置包括除尘箱和吸尘器，所述除尘箱的进尘口通过连接管与起爆管的出口端相连通，所述除尘箱的出尘口与吸尘器相连，所述吸尘器与控制单元电连接；

进一步，本系统还包括外部输出装置，所述外部输出装置与主控制单元电连接。所述外部输出装置包括显示装置与打印装置；

进一步，所述图像拍摄及数据采集装置包括图像拍摄装置和图像采集卡，所述图像拍摄装置为高速CCD或CMOS数码相机；所述图像采集卡为高速图像数据采集卡。

本发明的数字化煤尘爆炸瞬间火焰长度测定系统是对煤尘爆炸性鉴定的专业分析设备，是依据AQ1045-2007《煤尘爆炸性鉴定规范》研制而成，是用于对开采矿层和地质勘探煤层进行煤尘爆炸性鉴定的专用装置。

本发明的目的之二是提供一种数字化煤尘爆炸性测定方法，包括以下步骤：

1)加热：将设置在透明起爆管中的电热丝加热至1100℃±10℃的标准温度范围内；

2)发尘：将待检测的煤尘吹入起爆管中形成粉尘云，使之与电热丝相接触；

3)图像记录：使用高速数码相机记录下粉尘云与电热丝相接触瞬间的过程图像，得到图像数据；

4)数字处理：将上一步骤所获得的图像数据经图像采集卡处理后送入计算机进行数字分析与处理；

5)爆炸性鉴定：根据上述数字处理的结果所得到的煤尘爆炸瞬间火焰长度来确定该煤样是否具有爆炸性。

进一步，所述步骤4包括以下步骤：

4.1)图像预处理：对获得的图像数据进行降噪和滤波处理；

4.2)图像预分析：通过图像处理技术识别出测量系统的基本环境参数，包括基本场景识别、标尺识别和电热丝识别；

4.3)火焰识别：通过图像处理技术鉴别出各幅图像数据中是否存在火焰，如果存在，则进一步鉴别出火焰的形状；

4.4)单图火焰长度判定：计算存在火焰的图像数据中电热丝边缘到火焰形状边缘的最大距离，得到火焰长度；

进一步，在步骤4.4)之后还包括步骤4.5)组图火焰长度计算：将获得的图像分为若干批次，每一批次包括若干分组，取每一分组中火焰的最大长度为该组火焰长度，每批次多组图像中火焰最大长度为本批次样品火焰长度，本步骤适用于对数据的批量处理。

进一步，在步骤4.5)之后还包括步骤4.6)结果存储、打印或输出：将代表最长火焰长度的图片保存下来，并按要求将测量出的结果打印或输出。

本发明的有益效果是：

1.本发明的数字化煤尘爆炸性测定方法将计算机数字图像处理分析技术用于煤尘爆炸所产生的火焰分析当中，较之现有凭借肉眼进行识别的鉴定技术，其准确性和科学性得到大大提高，鉴定结果也更客观公正。经过大量的试验证明，其结果准确可靠，完全能够替代现有的鉴定技术，填补了国内在这一领域的空白；

2.本发明的数字化煤尘爆炸瞬间火焰长度测定系统采用具有高速和大容量缓存性能的图像拍摄装置、高性能图像采集卡和高性能主控制单元，图像拍摄速度远远大于肉眼视觉的反应时间，并且通过采集卡与计算机相连，计算机中采用基于Kirsch算法的火焰边缘检测技术诊断煤尘燃烧瞬间的火焰长度，实现火焰长度的测量，同时为实现火焰长度的数字化处理，确保了测量精度，便于下一步的处理；本系统结构紧凑，科学合理，性能可靠。

本发明首次将计算机技术、自动测量和自动控制技术、数字图像处理技术应用在煤尘爆炸性鉴定系统中，大大提高了检测的精度和准确性，解决了目前煤尘爆炸火焰长度测量装置存在的检测精度差、重复性误差大、人为因素影响大、智能化控制程度低等缺陷，可使煤尘爆炸性鉴定更加准确化、科学化和智能化，使鉴定工作达到一个新的更高水平。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书和权利要求书来实现和获得。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中：

图1为本发明的系统结构示意图；

图2为本发明的温度控制系统流程框图；

图3为本发明的气压控制系统流程框图；

图4为本发明的图像采集及数据处理系统框图；

图5为本发明的系统控制框图；

图6为本发明的图像数据的数字处理流程框图；

具体实施方式

以下将参照附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。应当理解，优选实施例仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。

1-主控制单元；2-起爆管；3-电热丝；4-煤尘试样喷管；5-连接管；6-微型气泵；7-气压检测/调节装置；8-温度检测/调节装置；9-除尘箱；10-吸尘器；11-显示装置；12-图像拍摄装置。

本发明的数字化煤尘爆炸瞬间火焰长度测定系统，包括用于引爆煤尘的高温加热起爆子系统、用于向高温加热起爆子系统送入煤尘的发尘子系统、用于煤尘爆炸瞬间火焰图像拍摄及数据采集的子系统和主控制单元；发尘子系统和高温加热起爆子系统与主控制单元1电连接，并受主控制单元1的控制，图像拍摄及数据采集子系统与主控制单元电连接，并将采集到的图像输出到主控制单元1中进行处理。

其中，高温加热起爆子系统包括透明材质的起爆管2、设置在起爆管2内部的电热丝3以及与电热丝3相连接的温度检测/调节装置8，温度检测/调节装置8与主控制单元1电连接。起爆管2采用防爆型玻璃材质制成，强度大，透明性好，满足耐火要求。

由于本系统之高温加热起爆子系统一方面要求能达到比较高的温度(1100℃以上的高温)，另一方面受环境(起爆管)条件的限制又要求电热丝体积要小，因此，采用普通加热器是不行的。在实施例中，本系统电热丝由铂金丝构成。铂金丝是一种价格比较昂贵的金属材料，而且种类多，选用1m长的铂金丝作为加热丝其阻值仅有1Ω左右，并能使加热器温度完全满足要求。

如图2所示，温度检测/调节装置8包括了热电偶、高精度温度变送器和电压调节模块，电热丝上的铂金加热丝按一定的间距缠绕在耐高温的空心陶瓷管上，热电偶置入空心陶瓷管中，热电偶和高精度温度变送器相连接，高精度温度变送器的输出端与主控制单元1相连接，电压调节模块的输入端与主控制单元相连接后再与电热丝3的铂金加热丝相连接；其中，热电偶用于对电热丝温度的实时检测，本实施例选用能测高温的S型铂铑-铂热电偶，该型热电偶适用于各种生产过程中高温场合，广泛应用于石油工业、冶炼玻璃及陶瓷工业测温，其测温范围在0～1600℃，误差±0.5℃，符合本系统要求；电压调节模块用于对电热丝3上的供电电压的调节，根据主控制单元1的指令，能够实时对电热丝3的温度进行调整，使之符合试验环境要求。

发尘子系统包括煤尘试样喷管4、连接管5、微型气泵6及气压检测/调节装置7，煤尘试样喷管4的一端通过连接管5和气压检测/调节装置7出气口相连，气压检测/调节装置7进气口与微型气泵6的出气口相连，煤尘试样喷管4的另一端对准起爆管2的进口端中心轴线，气压检测/调节装置7与主控制单元1电连接。

本实施例中，气泵选用上海某电子科技有限公司生产的RC8015型微型气泵，该泵具有无污染传输，免维护，有过热保护，可以任意方向安装，允许介质富含水汽，可以24小时连续运转等特点。

如图3所示，气压检测/调节装置7中的调节模块主要包括了气体压力开关、精密调节阀、高精度压力变送器、气压阀、空气过滤器、储气罐等，其工作过程是：系统启动后，微型气泵6开始工作，产生的气体通过输气管、气体压力开关，再通过精密调节阀、气压阀B、高精度压力变送器、过滤器后送储气罐。气体压力开关的主要作用是保证在气压超过上限时，立即切断微型气泵的供电电源，使微型气泵停止工作，当气压低于下限时，又恢复微型气泵的供电。精密调节阀的主要作用是用来控制储气罐内的气体压力，使其气体保持设定的数值，储气罐内中气体压力的大小可通过高精度压力变送器检测并显示出来。当储气罐内的气压达到设定值之后，主控制单元1输出控制信号，关闭气压阀B，并使微型气泵停止工作。当储气罐内的气压一旦低于设定值，主控制单元1打开气压阀B，并立即启动微型气泵。当进行煤尘爆炸性鉴定实验发尘工作时，主控制单元1输出控制信号，控制开关阀A打开，使储气罐内的气体喷吹出去，完成爆炸鉴定实验的发尘工作。气压检测与调节是自动控制，整个过程无须手动操作。通过该气压检测/调节装置7，可以模拟出待测煤尘的爆炸下限浓度，满足鉴定需要。

为了保持洁净的试验环境，必须对试验后起爆管内的残余煤尘进行回收处理，本系统还包括煤尘回吸处理装置，煤尘回吸处理装置包括除尘箱9和吸尘器10，除尘箱9的进尘口通过连接管与起爆管2的出口端相连通，除尘箱9的出尘口与吸尘器10相连。

图像拍摄/采集装置包括图像拍摄装置12和图像采集卡，图像拍摄装置12通过图像采集卡与主控制单元1电连接，图像拍摄装置12为高速CCD或CMOS数码相机。

由于煤尘爆炸的持续时间非常短，且火焰的扩散速度很快，在极短的时间内就可以达到火焰的最大长度，并很快熄灭，所以要拍摄煤尘的爆炸燃烧过程，需要选用高性能的数码相机或数码摄像机。另外，煤尘在爆炸过程中，每种煤尘爆炸产生的火焰亮度都不一样。即使是同一种煤尘，在爆炸的瞬间及火焰扩散过程中，火焰的亮度也不一样，这就很难设置相机的曝光时间来拍摄图像，如果曝光时间设置得较长，则相机很容易饱和，图像质量会严重下降；如果曝光时间设置得过短，则火焰的扩散过程可能会不完整，所以选用相机还需要考虑图像的分辨率问题。本实施例中，本系统采用的高速数码相机带有40Mbps的高速配置接口，可以完成在高速采集时帧与帧之间的参数配置，在全分辨率下的最高帧速为150FPS，可兼容多个厂商的数据采集卡，并配套有驱动程序和安装操作说明，容易地实现图像的抓拍与采集。另外，该相机除具有高动态范围，高速采集的性能外，还加入了FPN(Fixed Pattern Noise)校正功能，可提供12bit的采样分辨率。图像采集卡采用性价比较高、价格适中的Silicon Software的ME IV采集卡。MEIV采集卡采用全FPGA设计，板上自带高速内存，能保证图像数据传输的流畅性。测试时，将相机的ROI设置为128*128，曝光时间设置为10微秒，用ME IV可以获取每秒钟约8000帧的采集速度，完全能够满足系统要求。

如图4所示，由图像拍摄装置摄得的图像经图像采集卡处理后送入主控制单元1进行处理，处理后的结果通过图像显示器进行显示。

主控制单元还连接有显示器11，用于对试验结果进行实时显示。

如图5所示，本发明的系统控制流程如下：

1.系统启动后，对电热丝进行加热，温度变送器输出标准信号，经内部A/D转换为数字信号，送给主控制单元，实时监测温度信号，当温度值偏离设定值时，由内部数字PID计算后，输出控制信号，控制调压模块的输出电压，通过调节电热丝的供电电压来保证温度恒定；

2.当爆炸鉴定实验进行到发尘步骤时，主控制单元发出命令信号，通过继电器来驱动气压阀的打开与关闭，从而实现发尘气压的自动启动，同时主控制单元还将驱动继电器来实现吸尘器打开与关闭；

3.在煤尘燃烧发生时，通过图像拍摄装置实现实时抓拍，将火焰的光信息转换成电信号，输入到图像采集卡，再由图像采集卡内部的A/D转换器转换为数字信号，并通过数据总线传送到主控制单元，然后利用计算机数字图像处理技术对火焰图像进行处理分析，并进行可视化显示；

4.煤尘燃烧结束后，由主控制单元发出指令，启动煤尘回吸处理装置，由除尘箱9和吸尘器10将起爆管中的煤尘残渣和有害气体清除，减少粉尘对操作人员和环境的影响。

5.在工作过程中，系统自动检测和控制发尘气压，使气压始终保持在设定值，并自动控制微型气泵的启停。

本发明的数字化煤尘爆炸性测定方法，包括以下步骤：

1)加热：将设置在透明起爆管中的电热丝加热至1100℃±10℃的标准温度范围内；

2)发尘：将待检测的煤尘吹入起爆管中形成粉尘云，使之与电热丝相接触；

3)图像记录：使用高速数码相机记录下粉尘云与电热丝相接触瞬间的过程图像，得到图像数据；

4)数字处理：将上一步骤所获得的图像数据经图像采集卡处理后送入计算机进行数字分析与处理；

5)爆炸性鉴定：根据上述数字处理的结果所得到的煤尘爆炸瞬间火焰长度来确定该煤样是否具有爆炸性。

其中，如图6所示，步骤4具体包括以下步骤：

4.1)图像预处理：对获得的图像数据进行降噪和滤波处理；

4.2)图像预分析：通过图像处理技术识别出测量系统的基本环境参数，包括基本场景识别、标尺识别和电热丝识别；

4.3)火焰识别：通过图像处理技术鉴别出各幅图像数据中是否存在火焰，如果存在，则进一步鉴别出火焰的形状；

4.4)单图火焰长度判定：计算存在火焰的图像数据中电热丝边缘到火焰形状边缘的最大距离，得到火焰的长度；

4.5)组图火焰长度计算：将获得的图像分为若干批次，每一批次包括若干分组，取每一分组中火焰的最大长度为该组火焰长度，每批次多组图像中火焰最大长度为本批次样品火焰长度。

4.5)结果存储、打印或输出：将代表最长火焰的图片保存下来，并按要求将测量出的结果打印或采用其他方式输出。

下表为数字化煤尘爆炸鉴定系统试验测试结果表，其试验参数如下：

拍摄速度：150帧/秒爆光时间：1us/帧发尘气压：0.16MPa加热温度：1100±10℃。

表1  数字化煤尘爆炸鉴定系统试验测试结果表

 

序号	煤样编号	试验次数	人眼观察长度单位：mm	系统检测长度单位：mm
					1	304	15	105.0	114.2
2	305	15	310.0	326.5
					3	309	10	260.0	263.8
4	311	20	20.0	33.2
					5	319	20	20.0	23.4
6	310	20	35.0	41.1
					7	250	15	45.0	63.7
8	332	20	5.0	12.8
					9	276	10	400.0	696.5

说明：

1)表中数字化煤尘爆炸瞬间火焰长度测定系统测量的火焰长度是按360°方向测量的，而不是仅仅测量电热丝右边水平方向的火焰长度。

2)表中数字化煤尘爆炸瞬间火焰长度测定系统测量的火焰长度对于非连续火焰是按从电热丝边缘到最远端火焰边缘的最大距离作为火焰长度。

3)数字化煤尘爆炸瞬间火焰长度测定系统测量的火焰长度也可只测量电热丝右边水平方向的火焰长度。

4)数字化煤尘爆炸瞬间火焰长度测定系统测量的火焰长度也可只按从电热丝边缘到连续火焰的边缘测量。

表1是几个煤样燃烧爆炸瞬间时系统实测的火焰长度，同时用人工观测的方式测量了火焰的长度，以便作数据对比分析。

从表1中可看出，与人工观察相比，二者测量的数据存在一定的偏差，主要原因分析如下：

数字化火焰长度测定系统测量的火焰长度无论是测量的精度或是测量的分辨率，明显要高于用肉眼测量火焰长度。这是因为肉眼测量依据的是玻璃管上5mm比例尺，而比例尺只是水平方向的，而数字化火焰长度测定系统测量的精度可高于0.1mm。如序号为3的煤样。

当火焰长度超过400mm时，肉眼测量火焰长度就不能准确测出火焰的长度，因为起爆管上比例尺的单边最大长度仅为400mm；而用数字化火焰长度测定系统则不存在该问题。如序号为9的煤样。

当火焰燃烧的方向不是水平方向时，肉眼测量火焰长度的数据比用数字化火焰长度测定系统测定的数据要小，这是因为肉眼测量依据的是水平方向的比例尺。所以，当火焰不是水平方向延伸时，肉眼测量测的数据再按水平方向测量与实际的火焰最大长度偏差较大。如序号为4和8的煤样。

当火焰燃烧的方向是左右两个方向，且左侧方的火焰长度大于右侧方时，肉眼测量火焰长度的数据往往不准确，这主要是因为火焰延伸的方向绝大多数是右侧方，当出现左侧方的火焰长度大于右侧方时，若仍以右侧方的火焰作为目测的对象，则测量的数据显然不准确；若以左侧方的火焰作为测量的对象，在火焰持续的时间里，肉眼一般反应滞后，即使观察到瞬间的火焰情况，也来不及准确读出刻度值，而采用数字化火焰长度测定系统不存在该问题。如序号为6的煤样。

肉眼测量火焰长度数据一般比用数字化火焰长度测定系统测量的数据要小，这主要是因为火焰持续的时间非常短，肉眼测量火焰长度主要是测量的亮度较大的部分，而用数字化火焰长度测定系统测量的火焰长度考虑了一定的火焰边缘，这些边缘的亮度一般低于火焰的主体部分，另外，数字化火焰长度测定系统测量的火焰视角范围是360°，而肉眼一般只能用水平标尺来测量，显然，在三角形中，斜线要比水平直线长。如序号为7的煤样。

传统的大管装煤尘爆炸鉴定装置无论是加热器温度的控制或是发尘气压控制均是手动调节的，在测量时间段内，当出现环境温度变化、电网电压波动或环境空气流动等干扰因素时，均会使控制效果产生一定的偏差，如不能及时调节，就会给测量的精度带来影响。用数字化火焰长度鉴定系统，加热器温度检测与控制、发尘气压检测与控制均是自动的，它可以使系统始终保持在某一设定值，而且检测与控制技术指标远远优于传统检测装置，这一方面严格保证了测量的精度，另一方面也减轻了操作人员的工作强度。

经鉴定，本发明的测定系统能达到以下技术指标：

检测火焰长度范围：0～800mm；

火焰检测误差：≤0.2mm(在0～10mm范围内)；

火焰检测误差：≤1.0mm(在10～800mm范围内)；

图像连续采集速度：≥25帧/秒。

最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.数字化煤尘爆炸瞬间火焰长度测定系统，其特征在于：包括用于引爆煤尘的高温加热起爆子系统、用于向高温加热起爆子系统送入煤尘的发尘子系统、用于煤尘爆炸瞬间火焰图像拍摄及数据采集的图像拍摄及数据采集子系统和主控制单元(1)；所述发尘子系统和高温加热起爆子系统与主控制单元(1)电连接，并受主控制单元(1)控制，所述图像拍摄及数据采集子系统与主控制单元(1)电连接，并将采集到的图像输出到主控制单元(1)中进行处理。

2.根据权利要求1所述的数字化煤尘爆炸瞬间火焰长度测定系统，其特征在于：所述高温加热起爆子系统包括透明材质的起爆管(2)、设置在起爆管(2)内部中心轴线上的电热丝(3)以及与电热丝(3)相连接的温度检测/调节装置(8)，所述温度检测/调节装置(8)与主控制单元(1)电连接。

3.根据权利要求2所述的数字化煤尘爆炸瞬间火焰长度测定系统，其特征在于：所述发尘子系统包括煤尘试样喷管(4)、连接管(5)、微型气泵(6)及气压检测/调节装置(7)，所述煤尘试样喷管(4)的进气端通过连接管(5)与气压检测/调节装置(7)的出气端相连，所述气压检测/调节装置(7)的进气端通过连接管与微型气泵(6)的出气口相连，所述煤尘试样喷管(4)的喷出端处于起爆管(2)的进口端中心轴线上且与电热丝(3)相对，所述气压检测/调节装置(7)与主控制单元(1)电连接。

4.根据权利要求3所述的数字化煤尘爆炸瞬间火焰长度测定系统，其特征在于：本系统还包括煤尘回吸处理装置，所述煤尘回吸处理装置包括除尘箱(9)和吸尘器(10)，所述除尘箱(9)的进尘口通过连接管与起爆管(2)的出口端相连通，所述除尘箱(9)的出尘口与吸尘器(10)相连，所述吸尘器(10)与控制单元(1)电连接。

5.根据权利要求4所述的数字化煤尘爆炸瞬间火焰长度测定系统，其特征在于：本系统还包括外部输出装置，所述外部输出装置与主控制单元(1)电连接。所述外部输出装置包括显示装置(11)与打印装置。

6.根据权利要求5所述的数字化煤尘爆炸瞬间火焰长度测定系统，其特征在于：所述图像拍摄及数据采集子系统包括图像拍摄装置(12)和图像采集卡，所述图像拍摄装置(12)通过图像采集卡与主控制单元(1)电连接，所述图像拍摄装置(12)为高速CCD或CMOS数码相机；所述图像采集卡为高速图像数据采集卡。

7.数字化煤尘爆炸性测定方法，其特征在于：包括以下步骤：

1)加热：将设置在透明起爆管中的电热丝加热至1100℃±10℃的标准温度范围内；

2)发尘：将待检测的煤尘吹入起爆管中形成粉尘云，使之与电热丝相接触；

3)图像记录：使用高速数码相机记录下粉尘云与电热丝相接触瞬间的过程图像，得到图像数据；

4)数字处理：将上一步骤所获得的图像数据经图像采集卡处理后送入计算机进行数字分析与处理；

5)爆炸性鉴定：根据上述数字处理的结果所得到的煤尘爆炸瞬间火焰长度来确定该煤样是否具有爆炸性。

8.根据权利要求7所述的数字化煤尘爆炸性测定方法，其特征在于：所述步骤4包括以下步骤：

4.1)图像预处理：对获得的图像数据进行降噪和滤波处理；

4.2)图像预分析：通过图像处理技术识别出测量系统的基本环境参数，包括基本场景识别、标尺识别和电热丝识别；

4.3)火焰识别：通过图像处理技术鉴别出各幅图像数据中是否存在火焰，如果存在，则进一步鉴别出火焰的形状；

4.4)单图火焰长度判定：计算存在火焰的图像数据中电热丝边缘到火焰形状边缘的最大距离，得到火焰长度。

9.根据权利要求8所述的数字化煤尘爆炸性测定方法，其特征在于：在步骤4.4)之后还包括步骤4.5)组图火焰长度计算：将获得的图像分为若干批次，每一批次包括若干分组，取每一分组中火焰的最大长度为该组火焰长度，每批次多组图像中火焰的最大长度为本批次样品火焰长度。

10.根据权利要求9所述的数字化煤尘爆炸性测定方法，其特征在于：在所述步骤4.5)之后还包括步骤4.6)结果存储、打印或输出：将代表最长火焰长度的图片保存下来，并按要求将测量出的结果打印或输出。

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