CN106226344A - 一种样品高温形态测试仪及其取像方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及煤质检测分析技术领域，尤其涉及一种样品高温形态测试仪及其取像方法。样品高温形态测试仪包括高温炉、炉管、背景板、取像组件以及圆盘形的托板，炉管设于高温炉内，托板设于样品放置腔内；取像组件用于获得托板上待测样品的图像；背景板位于托板的中部，且与取像腔相对设置；还包括激光器，激光器投射到背景板上的光斑形成亮色背景，调节光斑与待测样品的相对位置，使取像组件拍摄下不同光斑位置下的待测样品图像并通过图像合成模块得到完整的待测样品图像。由于激光的光强集中，实现了在低功率不会对操作人员造成安全问题的范围内，保证局部强度大于炉管内的热辐射强度，尤其适用于煤样灰锥的灰熔融性测试。

Description

一种样品高温形态测试仪及其取像方法

技术领域

本发明涉及检测分析技术领域，尤其涉及一种样品高温形态测试仪及其取像方法。

背景技术

灰熔融测试仪器是用于检测煤样灰锥的熔融性的仪器，灰锥的熔融性直接关系到电厂锅炉是否有烧结及烧结的严重程度，对锅炉及水泥立窑等安全使用的影响极大。目前的灰熔融测试仪中，煤样灰锥设置于托板上，而托板固定于托杯上。在测试过程中，托杯带动托板旋转，使煤样灰锥在高温炉管恒温区内旋转而均匀升温加热，直至煤样灰锥达到熔融状态。在此过程中，由摄像机构实时进行拍照取像，通过电脑或人工分析，得出煤样的变形、软化、半球及流动四个特征点的温度。

如图1所示，现有的灰熔融测试仪中，炉管101上靠近摄像机102的一侧设有取像管103，与取像管103相对的一侧设有背景管104，背景管104的空腔有效地防止了光的反射，形成明显区别于样品以及周围托板、炉管101的相对暗色背景，以便于摄像机102对样品的有效识别。背景管104的设置导致炉管101的设计复杂，可靠性降低。并且现有的样品高温形态测试仪为保证摄像机一次取像时仅拍摄到一个样品，需要透过靠近摄像机一侧的两个样品的间隙来拍摄远离摄像机的一个样品，导致放样数量有限。目前市场上60mm直径的样品托板，理论上只能放置5个国标的样品，托板利用率低，每次测试需要5个小时以上，测试功率要超过3千瓦，单次实验样品测试效率较低。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是解决现有技术中样品高温形态测试仪测试效率低且炉管设计复杂的问题。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种样品高温形态测试仪，包括高温炉、炉管、背景板、取像组件以及圆盘形的托板，所述炉管设于所述高温炉内，所述炉管包括和设于所述样品放置腔侧壁上与所述样品放置腔相连通的取像腔，所述托板设于所述样品放置腔内，所述托板的下方设有用于驱动所述托板在所述炉管内旋转的旋转机构；所述取像组件用于获得所述托板上待测样品的图像；所述背景板位于所述托板的中部，且与所述取像腔相对设置；还包括激光器，所述激光器投射到所述背景板上的光斑形成亮色背景，调节光斑与所述待测样品的相对位置，使所述取像组件拍摄下不同光斑位置下的待测样品图像并通过图像合成模块得到完整的待测样品图像。

根据本发明，所述激光器产生的光斑为线性光斑。

根据本发明，所述背景板为反射元件。

根据本发明，所述激光器设置在所述托板的下方，所述取像组件设于所述取像腔的开口端。

根据本发明，所述激光器设置在取像腔的开口端，所述取像组件设于所述托板的下方。

根据本发明，所述激光器连接有偏转装置。

根据本发明，所述背景板为透射元件，所述激光器设于所述炉管的外侧，且所述透射元件的出射端朝向所述待测样品。

本发明还提供了一种上述的样品高温形态测试仪的取像方法，包括以下步骤：

S1，当待测样品运动至所述取像组件的拍摄范围内时，使所述激光器射出至背景板的光斑与所述待测样品产生相对位移，直至所述光斑的运动轨迹覆盖整个待测样品所对应的区域；同时取像组件进行持续拍摄；

S2，将所述激光器产生的光斑与所述待测样品相对运动时所述取像组件拍摄的图片进行合成，得到完整的待测样品图像。

根据本发明，步骤S1具体为：驱动待测样品旋转运动，当待测样品运动至所述取像组件的拍摄范围内时，停止待测样品的运动，驱动所述激光器射出至背景板的光斑运动，使光斑的运动轨迹覆盖整个待测样品所对应的区域。

根据本发明，步骤S1具体为：当所述光斑为线性光斑时，使光斑处于静止状态，所述待测样品随所述托板的旋转而旋转，当所述待测样品旋转至与所述光斑相交时，取像组件对所述待测样品进行拍摄，直至所述待测样品旋转至与所述光斑完全脱离，停止拍摄。

(三)有益效果

本发明的上述技术方案与现有技术相比具有如下优点：本发明实施例提供的样品高温形态测试仪设置有位于托板中部的背景板，激光器投射到背景板形成的光斑使得背景板上光斑所在位置形成一个相对亮色的背景区域，亮色的背景区域与测试的待测样品对比明显，取像组件在高温下能够区分出待测样品与背景板的特征图像差异，便于待测样品的取像，由于激光光斑的面积较小，每次取像组件拍摄的待测样品图像均为部分图像，调整激光光斑与待测样品的相对位置，在两者不同相对位置处进行多次拍摄，将多次拍摄得到的图像通过图像合成模块合成得到完整的待测样品图像。取像组件可以直接对位于背景板与取像组件之间的待测样品进行拍摄，托板上的待测样品设置时可以更加紧凑，每个托板上可以放置更多的待测样品，提高样品测试效率，同样的时间内能够测试更多的待测样品，提高了能量利用率。常规的直径60mm的托板只能放置5个样品，若采用本发明提供的样品高温形态测试仪，同样直径60mm的托板可以放置至少9个以上的样品；常规的直径80mm的托板只能放置9个样品，若采用本发明提供的样品高温形态测试仪，同样直径80mm的托板可以放置至少16个以上的样品，大大提高了测试效率，节省了大量能耗。相较于现有的炉管101一端设置取像管103，另一端设置背景管104，本实施例中的炉管结构简单，提高了炉管的高温抗裂性。同时，由于激光的光强集中，使得低功率激光的光强也大于其所照射区域在高温下的热辐射，从而实现在低功率不会对操作人员造成安全问题的范围内，保证局部强度大于炉管内的热辐射强度。

附图说明

图1是现有技术中样品高温形态测试仪的俯视示意图；

图2是本发明实施例一提供的样品高温形态测试仪的俯视示意图；

图3是本发明实施例一提供的样品高温形态测试仪的剖视示意图；

图4是本发明实施例一提供的样品高温形态测试仪的左视示意图；

图5是本发明实施例二提供的样品高温形态测试仪的剖视示意图；

图6是本发明实施例二提供的样品高温形态测试仪的左视示意图。

图中：101：炉管；102：摄像机；103：取像管；104：背景管；1：高温炉；2：炉管；21：样品放置腔；22：取像腔；3：背景板；4：取像组件；5：托板；6：激光器；61：光斑；7：灰锥。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

如图2-图4所示，本发明实施例提供的一种样品高温形态测试仪，可以用于煤样灰锥的熔融性检测、生物质灰的熔融特性检测，钢铁零件的膨胀系数、熔点等与样品高温下形态有关的检测。本实施例以用于测量煤样灰锥的灰熔融性为例，灰熔融性测试仪包括高温炉1、炉管2、背景板3、取像组件4以及圆盘形的托板5，炉管2设于高温炉1内，炉管2包括样品放置腔21和设于样品放置腔21侧壁上与样品放置腔21相连通的取像腔22，托板5设于样品放置腔21内，托板5的下方设有用于驱动托板5在炉管2内旋转的旋转机构；取像组件4用于获得托板5上灰锥7的图像；背景板3位于托板5的中部，且与取像腔22相对设置；还包括激光器6，激光器6投射到背景板3上的光斑61形成亮色背景，调整光斑61与灰锥7的相对位置，使取像组件4拍摄下不同光斑61位置下的灰锥图像并通过图像合成模块得到完整的灰锥图像。

本发明实施例提供的样品高温形态测试仪设置有位于托板5中部的背景板3，激光器6投射到背景板3形成的光斑61使得背景板3上光斑61所在位置形成一个相对亮色的背景区域，亮色的背景区域与测试的灰锥7对比明显，取像组件4在高温下能够区分出煤样灰锥7与背景板3的特征图像差异，便于煤样灰锥7的取像，由于激光光斑61的面积较小，每次取像组件4拍摄的灰锥图像均为部分图像，调整激光光斑61与灰锥7的相对位置，在两者不同相对位置处进行多次拍摄，将多次拍摄得到的图像通过图像合成模块合成得到完整的灰锥图像。取像组件4可以直接对位于背景板3与取像组件4之间的灰锥7进行拍摄，托板5上的灰锥7设置时可以更加紧凑，每个托板5上可以放置更多的灰锥7，提高样品测试效率，同样的时间内能够测试更多的灰锥，提高了能量利用率。常规的直径60mm的托板5只能放置5个样品，若采用本发明提供的样品高温形态测试仪，同样直径60mm的托板5可以放置至少9个以上的灰锥7；常规的直径80mm的托板5只能放置9个灰锥7，若采用本发明提供的样品高温形态测试仪，同样直径80mm的托板5可以放置至少16个以上的灰锥7，大大提高了测试效率，节省了大量能耗。相较于现有的炉管101一端设置取像管103，另一端设置背景管104，本实施例中的炉管2结构简单，提高了炉管的高温抗裂性。同时，由于激光的光强集中，使得低功率激光的光强也大于其所照射区域在高温下的热辐射，从而实现在低功率不会对操作人员造成安全问题的范围内，保证局部强度大于炉管内的热辐射强度。

进一步地，本实施例中激光器6产生的光斑61为线性光斑。如图4所示，当光斑61为线性光斑时，使光斑61处于静止状态，灰锥7随托板5的旋转而旋转，当灰锥7旋转至与光斑61相交时，取像组件4对灰锥7进行拍摄，直至灰锥7旋转至与光斑61完全脱离，对取像组件4拍摄到的图像进行合成得到完整的图像。

进一步地，本实施例中背景板3为优选为反射元件。具体地，本实施例中激光器6设置在托板5的下方，取像组件4设于取像腔22的开口端。激光器6发出的光束投射到背景板上3形成光斑，取像组件4以光斑为背景进行拍摄。由于光路的可逆性，当背景板3为反射元件时，本实施例中也可以采用激光器6设置在取像腔22的开口端，取像组件4设于托板5的下方。当灰锥7旋转至位于激光器6和背景板3之间时，会对激光光束形成阻挡，在背景板3上形成灰锥7的影子，影子使得原有的光斑61有如“月食”的效果。当灰锥7与光斑61相交时进行拍摄，直至灰锥7与光斑61脱离，停止拍摄，对拍摄到的图像进行合成得到灰锥7的完整的影子图像。

进一步地，本实施例中激光器6还可以连接有偏转装置。偏转装置用于改变激光器6的发射角度，并根据所需角度进行振动。当灰锥7运动至取像组件4的拍摄范围内时，停止灰锥的运动，偏转带动激光器6振动，从而实现激光器6射出至背景板3的光斑61的运动，使光斑61的运动轨迹覆盖整个灰锥7所对应的区域，完成一个灰锥7的拍摄。重新启动灰锥7的转动进行另一个灰锥7的拍摄。

实施例二

本实施例二与实施例一相同的技术内容不重复描述，实施例一公开的内容也属于本实施例二公开的内容，本实施例二与实施例一的不同之处在于：如图5和图6所示，本实施例中背景板3为透射元件，激光器6设于炉管101的外侧，且透射元件的出射端朝向灰锥7。由激光器6射出的光线射入到背景板3时，由于背景板3为透射率较高的元件，大部分的能量均可以透过背景板3，在背景板3上形成亮色的背景光斑61。

实施例三

本实施例三提供了一种上述的灰熔融性测试仪的取像方法，包括以下步骤：

S1，当灰锥61运动至取像组件4的拍摄范围内时，使激光器6射出至背景板3的光斑61与灰锥7产生相对位移，直至光斑61的运动轨迹覆盖整个灰锥7所对应的区域；同时取像组件4进行持续拍摄。

具体地，步骤S1可以是在灰锥7静止时光斑61运动：驱动灰锥61旋转运动，当灰锥61运动至取像组件4的拍摄范围内时，停止灰锥4的运动，驱动激光器6射出至背景板3的光斑61运动，使光斑61的运动轨迹覆盖整个灰锥所对应的区域。

步骤S1也可以是在光斑61静止时灰锥7运动：当光斑61为线性光斑时，使光斑61处于静止状态，灰锥7随托板5的旋转而旋转，当灰锥7旋转至与光斑61相交时，取像组件4对灰锥7进行拍摄，直至灰锥7旋转至与光斑61完全脱离，停止拍摄。

S2，将激光器6产生的光斑61与灰锥7相对运动时取像组件4拍摄的图片进行合成，得到完整的灰锥图像。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种样品高温形态测试仪，其特征在于：包括高温炉、炉管、背景板、取像组件以及圆盘形的托板，所述炉管设于所述高温炉内，所述炉管包括和设于所述样品放置腔侧壁上与所述样品放置腔相连通的取像腔，所述托板设于所述样品放置腔内，所述托板的下方设有用于驱动所述托板在所述炉管内旋转的旋转机构；所述取像组件用于获得所述托板上待测样品的图像；所述背景板位于所述托板的中部，且与所述取像腔相对设置；

还包括激光器，所述激光器投射到所述背景板上的光斑形成亮色背景，调节光斑与所述待测样品的相对位置，使所述取像组件拍摄下不同光斑位置下的待测样品图像并通过图像合成模块得到完整的待测样品图像。

2.根据权利要求1所述的样品高温形态测试仪，其特征在于：所述激光器产生的光斑为线性光斑。

3.根据权利要求1所述的样品高温形态测试仪，其特征在于：所述背景板为反射元件。

4.根据权利要求3所述的样品高温形态测试仪，其特征在于：所述激光器设置在所述托板的下方，所述取像组件设于所述取像腔的开口端。

5.根据权利要求3所述的样品高温形态测试仪，其特征在于：所述激光器设置在取像腔的开口端，所述取像组件设于所述托板的下方。

6.根据权利要求4或5所述的样品高温形态测试仪，其特征在于：所述激光器连接有偏转装置。

7.根据权利要求1所述的样品高温形态测试仪，其特征在于：所述背景板为透射元件，所述激光器设于所述炉管的外侧，且所述透射元件的出射端朝向所述待测样品。

8.一种如权利要求1所述的样品高温形态测试仪的取像方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1，当待测样品运动至所述取像组件的拍摄范围内时，使所述激光器射出至背景板的光斑与所述待测样品产生相对位移，直至所述光斑的运动轨迹覆盖整个待测样品所对应的区域；同时取像组件进行持续拍摄；

S2，将所述激光器产生的光斑与所述待测样品相对运动时所述取像组件拍摄的图片进行合成，得到完整的待测样品图像。

9.根据权利要求8所述的样品高温形态测试仪的取像方法，其特征在于，步骤S1具体为：

驱动待测样品旋转运动，当待测样品运动至所述取像组件的拍摄范围内时，停止待测样品的运动，驱动所述激光器射出至背景板的光斑运动，使光斑的运动轨迹覆盖整个待测样品所对应的区域。

10.根据权利要求8所述的样品高温形态测试仪的取像方法，其特征在于，步骤S1具体为：

当所述光斑为线性光斑时，使光斑处于静止状态，所述待测样品随所述托板的旋转而旋转，当所述待测样品旋转至与所述光斑相交时，取像组件对所述待测样品进行拍摄，直至所述待测样品旋转至与所述光斑完全脱离，停止拍摄。