CN111624140A - 一种煤粉泄漏流场分布测量装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种煤粉泄漏流场分布测量装置及方法，煤粉泄漏模拟装置用于模拟模拟煤气化过程中煤粉泄漏的情况；密相气力输送系统用于将煤粉加压并通过载气将处于流态化状态煤粉管线经主烧嘴进入管道；温度监测系统用于控制煤粉加热温度并实时测量煤粉泄漏模拟装置内煤粉温度；检测系统包括红外热像仪、PIV检测仪、纹影仪和高速摄像仪，红外热像仪、PIV检测仪、纹影仪和高速摄像仪分别测量煤粉泄漏过程中大量煤粉在大气中的流场分布和获取温度分布信息；数据采集处理系统用于将检测系统检测得到的图像进行融合处理。本发明，用于定量研究不同温度的煤尘在泄漏时流场分布情况的同时也可以用于测量不同温度对煤粉泄漏流场分布的影响。
Description
技术领域
本发明涉及煤粉泄漏技术领域，具体而言，涉及一种煤粉泄漏流场分布测量装置及方法。
背景技术
我国是一个煤炭大国，煤矿开采程度大，煤炭资源日益减少，为了更好的满足国家发展以及对环境保护的需求，新型煤化工工艺蓬勃发展，而煤气化作为煤化工产业的龙头技术，其发展和安全状况对煤化工业的稳定运行产生至重要的影响。煤气化是指以煤和焦炭等固体燃料在特定的容器内，高温常压或加压条件下使煤粉中的有机质与气化剂发生一系列反应，转化为气体产物和少量残渣的过程。但在实际生产过程中，煤气化装置以及相应的运输管道普遍都存在煤粉泄漏的情况，一旦在煤气化过程中出现大量煤粉泄漏并引起煤粉尘爆炸将会造成难以想象的损失。在煤气化过程中伴随着大量的煤粉粒子的运动，在加压条件下容易导致煤粉的泄漏，在煤气化过程中的煤粉粒径小，泄漏出的煤粉更容易发生聚集形成粉尘云且极易发生爆炸。现有的煤粉粉尘浓度检测仪只能对泄漏的煤粉浓度进行检测，常用的CCD高速摄像仪等检测技术也只能测量单个煤粉粒子的运动轨迹，很难研究气流的速度场、浓度场和温度场等各种流场分布，难以反映煤粉泄漏流场分布变化，而煤气化过程中煤粉泄漏的流场变化情况也是影响煤粉爆炸强度的一个重要因素，关于煤粉泄漏流场分布的测量方法尚有不足，难以定量的测量煤粉泄漏的流场变化。
发明内容
本发明的目的是针对上述现状问题，提供了一种测量煤尘泄漏时的流场分布测量装置及方法，用于定量研究不同温度的煤尘在泄漏时流场分布情况的同时也可以用于测量不同温度对煤粉泄漏流场分布的影响。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案，一种煤粉泄漏流场分布测量装置，包括煤粉泄漏模拟装置、密相气力输送系统、温度监测系统、检测系统和数据采集处理系统；其中，
所述煤粉泄漏模拟装置，所述煤粉泄漏模拟装置用于模拟模拟煤气化过程中煤粉泄漏的情况；
所述密相气力输送系统用于将煤粉加压并通过载气将处于流态化状态煤粉管线经主烧嘴进入管道；
所述温度监测系统用于控制煤粉加热温度并实时测量煤粉泄漏模拟装置内煤粉温度；
所述检测系统包括红外热像仪、PIV检测仪、纹影仪和高速摄像仪，所述红外热像仪、PIV检测仪、纹影仪和高速摄像仪分别测量煤粉泄漏过程中大量煤粉在大气中的流场分布和获取温度分布信息；
所述数据采集处理系统用于将所述检测系统检测得到的图像进行融合处理。
进一步，所述煤粉泄漏模拟装置包括放料罐、给料罐，给料罐阀门以及煤粉喷嘴，所述给料罐设置在放料罐下方，给料罐和放料罐之间设有电磁阀，给料罐底部通过管道与所述煤粉喷嘴连接，给料罐与煤粉喷嘴连接的管道上设有给料罐阀门，所述管道与密相气力输送系统连接，所述密相气力输送系统输送煤粉并由煤粉喷嘴将煤粉喷出，所述煤粉喷嘴与外部大气环境相通。
进一步，所述放料罐内放置有待测的标准煤样和示踪物质，放料罐腔内设有加热搅拌棒，加热搅拌棒连接电源并与温度监测系统相连并由电脑控制其加热温度。
进一步，所述密相气力输送系统包括第一气瓶和第二气瓶，所述第一气瓶和所述第二气瓶分别通过气体输送管道连接到配气仪，所述第一气瓶和第二气瓶中的气体比例经过所述配气仪调配比例后通过气力输送阀门与给料罐的输出端相通并接入到煤粉喷嘴，所述第一气瓶和第二气瓶与配气仪之间的输送管道上均设有减压阀和开关阀，所述配气仪和气力输送阀门后均设有压力表。
进一步，所述温度监测系统包括温度传感器和温度采集仪，所述的温度传感器内置在放料罐内，实时检测煤粉温度并将数据传输至温度采集仪。
进一步，所述数据采集处理系统包括数据采集仪、同步控制器和电脑，所述红外热像仪、PIV检测仪、纹影仪和高速摄像仪均与所述同步控制器连接然后连接至电脑，数据采集仪与PIV检测仪测试仪连接。
进一步，所述煤粉喷嘴附近设有障碍物和点火电极，所述点火电极与点火器相连并由点火器控制，泄漏的煤尘直接进入大气环境中，进行不同点火源分布式点火情况下煤粉的燃烧情况，根据要求对所述障碍物的位置进行变化，使障碍物在煤粉泄漏的流场内起到干扰作用。
本发明还提供一种煤粉泄漏流场分布测量方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1.检查管道的气密性；
步骤S2.密相气力输送系统进行配气：打开第一气瓶和第二气瓶，调节减压阀，打开配气仪，调整气体参数，待配气仪输出的气体稳定后关闭排气，打开阀门，气体由配气仪的输出端进入煤粉喷嘴管道内。
步骤S3.将烘干的煤粉和示踪物质加入放料罐内，开启电源，通过加热搅拌棒的加热搅拌作用使煤尘温度稳定均匀的上升，由温度传感器测量放料罐内的煤尘温度并将测量温度传送到温度采集仪上，当温度达到设定的温度时，停止加热并自动打开电磁阀，此时放料罐内的煤粉自动进入到给料罐内；
步骤S4.进入给料罐内的煤粉通过密相气力输送系统，将煤粉加压并通过载气处于流态化状态煤粉给料罐底部流化盘通入流化气，在底部形成流化床，煤粉在给料罐下出料的煤粉管线进入管道；
步骤S5.打开红外热像仪、PIV测试仪、纹影仪、高速摄像仪、同步控制器和电脑，对煤粉粒子泄漏运动流场进行检测；
步骤S6.当由给料罐内的煤粉和配气仪输出的气体达到喷嘴管道内时开启喷粉，待测煤粉经喷嘴喷出到大气环境中；
步骤S7.检测系统对泄漏的煤粉在大气中的运动流场进行检测记录；
步骤S8.对检测系统捕获的图像进行处理，将红外热像仪、PIV测试仪、纹影仪、高速摄像仪所得到的四幅图像进行融合处理；
步骤S9.记录泄漏的煤粉燃烧时流场分布情况，开启点火器对泄漏的煤尘进行点燃，并由检测装置捕获泄漏的煤粉在大气环境下的燃烧情况；
步骤S10.保存检测装置捕获的煤粉泄漏时流场分布和泄漏的煤粉燃烧时的图像，清理燃烧后的产物残渣。
进一步，所述步骤S8中，首先对高速摄像仪图像进行一定的滤波处理，然后再对图像进行切割，把显示有煤粉泄漏的图片分离出来，之后对显示有煤粉泄漏的图片区域内的图片进行二值化处理，使得目标从图片中分离出来，之后再通过对整个图片的二值化处理及边缘检测把形态突显出来；其次PIV测试仪检测图进行预处理，使计算机能够准确的识别和定位大多数煤粉粒子，选取特征值明显的煤尘粒子作为粒子模型，利用粒子模板对原始图像逐像素扫描，将灰度图转换为相关系数分布图，基于互相关算法的PIV技术确定初步的速度场，通过互相关阈值对结果进行处理进而获得粒子的速度矢量图，并对速度相同的粒子进行曲线拟合；再次，对红外热像仪所捕获的图像进行处理，对红外热成像图进行角点检测，提取红外热像图的特征点，通过对这些特征点进行光流聚类分析，达到目标与背景分离的目的，从而检测出运动目标得到目标图像；除此之外对纹影仪所捕获的原始图像进行分析处理，根据像素点的色彩分量的分布特点，选择对应的色彩权值，增强匹配的稳定性，对图像采用中值滤波方法对图像进行处理，去除噪声，根据灰度直方图选取阈值，对图像进行切割，选择合适的矩值识别图像中的目标，对于无法自动识别的目标也可以选择人工方法对特征点进行选择。对于图像质量好且目标宜于提取的图像数据可以使用自动模式得到图像中目标的识别，也可以选择人工对图像处理的每一步骤进行核对；最后将所得到的四幅图像进行融合处理。
进一步，所述步骤S8中，所述高速摄像仪获取的图像作为底片，将PIV测试仪得到的曲线拟合图叠加在所述高速摄像仪获取的图像上，将红外热成像仪获取的温度信息叠加对应到所述PIV测试仪所获取的曲线拟合图上，最后将纹影仪获取的图像融合到上述图像上，将所得到的四幅图像进行融合处理得到具有多种信息的流场分布图像。
与现有技术相比，本发明至少包括以下有益效果：
本发明所提供的装置及方法真实的模拟煤气化过程中煤粉泄漏的情况，不需要实验腔体，也无需对实验腔体进行抽真空，预混气体的比例配比快速，方法简单，工作效率高；所用的标准煤粉在放料罐内与示踪物质在加热过程中利用加热搅拌棒充分搅拌混合吸附，在加热的同时做到搅拌煤粉，煤粉加热效率更高，更均匀，使泄漏的煤粉带有荧光物质，便于检测装置获取不同热量的煤粉泄漏的流场变化情况；利用PIV检测仪、纹影仪和高速摄像仪，并结合红外热像仪所捕获煤粉泄漏的热分布场研究煤气化过程中煤粉泄漏到大气中的流场分布，不仅能测量单个煤粉粒子的运动轨迹也可以测量煤粉泄漏过程中大量煤粉在大气中的流场分布，并且将检测装置所捕获的图像进行融合处理，将检测装置所得图像的特点集中反映在一张图像上，使得融合处理的图像能够反映出流场中粒子的速度、温度以及煤粉泄漏的密度场；并且将检测装置所捕获的图像进行融合处理，将检测装置所得图像的特点集中反映在一张图像上，使得融合处理的图像能够反映出流场中粒子的速度、温度以及煤粉泄漏的密度场；利用该装置和方法不仅可以用于煤粉泄漏时流场分布的测量，同时也可用于煤粉泄漏引燃后火焰以及流场的变化，并在煤粉喷嘴附近设置障碍物，真实模拟在复杂环境下煤粉泄漏时障碍物对泄漏的煤粉运动的影响情况。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为本发明图像处理流程示意图；
图中：1-第一气瓶，2-第二气瓶，3-减压阀，4-开关阀，5-配气仪，6-气力输送阀门，7-压力表，8-给料罐，9-电磁阀，10-放料罐，11-给料罐阀门，12-加热搅拌棒，13-温度传感器，14-电源，15-温度采集仪，16-红外热像仪，17-煤粉喷嘴，18-点火电极，19-PIV测试仪，20-纹影仪，21-数据采集仪，22-高速摄像仪，23-同步控制器，24-电脑，25-点火器。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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。
需要说明的是，下述实施方案中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法，所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得；在本发明的描述中，术语“横向”、“纵向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，并不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
在本申请的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
如图1所示，本申请提供一种煤粉泄漏流场分布测量装置，包括煤粉泄漏模拟装置、密相气力输送系统、温度监测系统、检测系统和数据采集处理系统；其中，
所述煤粉泄漏模拟装置，所述煤粉泄漏模拟装置用于模拟模拟煤气化过程中煤粉泄漏的情况；
所述密相气力输送系统用于将煤粉加压并通过载气将处于流态化状态煤粉管线进入管道；
所述温度监测系统用于控制煤粉加热温度并实时测量煤粉泄漏模拟装置内煤粉温度；
所述检测系统包括红外热像仪16、PIV检测仪、纹影仪20和高速摄像仪22，所述红外热像仪、PIV检测仪、纹影仪20和高速摄像仪22分别测量煤粉泄漏过程中大量煤粉在大气中的流场分布和获取温度分布信息；
所述数据采集处理系统用于将所述检测系统检测得到的图像进行融合处理。
在上述实施例中，煤粉泄漏模拟装置与密相气力输送系统连接，密相气力输送系统在模拟煤粉泄漏之前可对整套装置的气密性检查，气密性检查没有问题后，开启煤粉泄漏模拟装置，密相气力输送系统用于将煤粉加压并通过载气将处于流态化状态煤粉管线进入管道喷出，模拟真实情况下煤粉发生泄漏的场景，温度监测系统用于控制煤粉加热温度并实时测量煤粉泄漏模拟装置内煤粉温度，红外热像仪16、PIV检测仪、纹影仪20和高速摄像仪22均设置在煤粉喷出位置周围，用于记录煤粉泄漏时画面，并将画面传输至电脑24进行处理，将上述4中仪器所记录的画面进行融合处理，得到更加准确的图像，所述的流场分布检测图像在高速摄像图的基础上通过红外热像仪16、PIV检测仪、纹影仪20也可以体现泄漏过程中煤粉粒子的温度分布、粒子的运动速度和密度梯度。
进一步优选的实施例中，所述煤粉泄漏模拟装置包括放料罐、给料罐，给料罐阀门11以及煤粉喷嘴17，所述给料罐8设置在放料罐下方，给料罐8和放料罐之间设有电磁阀9，给料罐8底部通过管道与所述煤粉喷嘴17连接，给料罐8与煤粉喷嘴17连接的管道上设有给料罐阀门11，所述管道与密相气力输送系统连接，所述密相气力输送系统输送煤粉并由煤粉喷嘴17将煤粉喷出，所述煤粉喷嘴17与外部大气环境相通。
在上述实施例中，放料罐用于添加煤粉和示踪物质，给料罐8设置在放料罐下方且之间设有电磁阀9，电磁阀9控制放料罐中的煤粉以及示踪物质是否进入给料罐8中，给料罐8下方与密相气力输送系统的输出端相通并接入到煤粉喷嘴17，由煤粉喷嘴17将煤粉喷出，上述煤粉喷嘴17在泄压口的位置设置不同强度的泄压膜。
进一步优选的实施例中，所述放料罐内放置有待测的标准煤样和示踪物质，放料罐10腔内设有加热搅拌棒12，加热搅拌棒12连接电源14并与温度监测系统相连并由电脑24控制其加热温度。
在上述实施例中，所述的示踪物质为荧光剂，将荧光剂与放料罐10内的标准煤样充分搅拌混合使荧光剂吸附在煤粉颗粒上，煤粉通过喷嘴泄漏时会呈现出明显的颜色，便于追踪煤粉颗粒的运动轨迹，易于捕捉煤粉泄漏时的流场分布。加热搅拌棒12集成在放料罐10内，加热搅拌棒12可以在加热的同时进行搅拌。煤粉在泄漏之前进行加热搅拌，经加热的煤粉颗粒具有温度，在泄漏过程中采用红外热像仪16检测泄漏过程中的煤尘运动情况。加热搅拌棒12是将加热所用的电热丝与导热性能良好金属材料相结合设计成的具有扇叶螺旋形状的加热搅拌棒12，在通电的情况下可以做到边加热的同时边搅拌。
进一步优选的实施例中，所述密相气力输送系统包括第一气瓶1和第二气瓶2，所述第一气瓶1和所述第二气瓶2分别通过气体输送管道连接到配气仪5，所述第一气瓶1和第二气瓶2中的气体比例经过所述配气仪5调配比例后通过气力输送阀门6与给料罐8的输出端相通并接入到煤粉喷嘴17，所述第一气瓶1和第二气瓶2与配气仪5之间的输送管道上均设有减压阀3和开关阀4，所述配气仪5和气力输送阀门6后均设有压力表7。
在上述实施例中，第一气瓶1、第二气瓶2分别与配气仪5相连接，配气仪5可以设置输出不同种类的气体以及不同比例的气体，不同种类的气体与煤粉混合时的泄漏流场分布情况。经过配气仪5可输出不同压力的气体，在不同的压力下进行煤粉的泄漏流场分布检测。例如第一气瓶1中可以为CH4或CO，但不限于以上两种气体，第二气瓶2中为空气。其中CH4爆炸极限为5％～15％，其中10％时为最适爆炸浓度，因此可以将将空气设置为体积分数90％，CH4体积分数设置为10％；CO爆炸极限为12.5％～74.2％，其中30％时为最适爆炸浓度，可以将将空气设置为体积分数70％，CO体积分数设置为30％。
进一步优选的实施例中，所述温度监测系统包括温度传感器13和温度采集仪15，所述的温度传感器13内置在放料罐10内，实时检测煤粉温度并将数据传输至温度采集仪15。
进一步优选的实施例中，所述数据采集处理系统包括数据采集仪21、同步控制器23和电脑24，所述红外热像仪16、PIV检测仪、纹影仪20、高速摄像仪22和数据采集仪21均与所述同步控制器23连接然后连接至电脑24，数据采集仪21与PIV检测仪测试仪连接。
在上述实施例中，同步控制器23同步控制上述红外热像仪16、PIV检测仪、纹影仪20和高速摄像仪22保持同步工作，保证对监测到的图画进行同步融合。
进一步优选的实施例中，所述煤粉喷嘴17附近设有障碍物和点火电极18，所述点火电极18与点火器25相连并由点火器25控制，泄漏的煤尘直接进入大气环境中，进行不同点火源分布式点火情况下煤粉的燃烧情况，根据要求对所述障碍物的位置进行变化，使障碍物在煤粉泄漏的流场内起到干扰作用。
在上述实施例中，障碍物放置在喷嘴的附近，可以根据要求对障碍物的位置进行变化，使障碍物在煤粉泄漏的流场内起到干扰作用。点火电极18与点火器25相连并由点火器25控制，泄漏的煤尘直接进入大气环境中，进行不同点火源分布式点火情况下煤粉的燃烧情况。
为了更好的实现上述发明的目的，本发明还提供了一种煤粉泄漏流场分布测量方法，包括以下步骤：
步骤S1.检查管道的气密性；
在上述步骤中，首先关闭第一气瓶1，打开第二气瓶2，第二气瓶2为空气瓶，使管道内充满空气并加压至0.1Mpa，查看各个压力表7的示数是否一致，是否发生变化，若示数保持不变，则管道的密闭性良好，否则则检查管道的安装情况，直到压力表7的示数保持稳定。
步骤S2.密相气力输送系统进行配气：打开第一气瓶1和第二气瓶2，调节减压阀3，打开配气仪5，调整气体参数，待配气仪5输出的气体稳定后关闭排气，打开阀门，气体由配气仪5的输出端进如煤粉喷嘴17管道内；
在上述步骤中，以第一气瓶1中可以为CO，第二气瓶2中为空气为例，将空气设置为70％，CO设置为30％，待配气仪5输出的气体稳定后关闭排气，打开阀门，气体由配气仪5的输出端进入煤粉喷嘴17管道内。
步骤S3.将烘干的煤粉和示踪物质加入放料罐10内，开启电源14，通过加热搅拌棒12的加热搅拌作用使煤尘温度稳定均匀的上升，由温度传感器13测量放料罐10内的煤尘温度并将测量温度传送到温度采集仪15上，当温度达到设定的温度时，停止加热并自动打开电磁阀9，此时放料罐10内的煤粉自动进入到给料罐8内；
步骤S4.进入给料罐8内的煤粉通过密相气力输送系统，将煤粉加压并通过载气处于流态化状态煤粉给料罐8底部流化盘通入流化气，在底部形成流化床，煤粉在给料罐8下出料的煤粉管线进入管道；
步骤S5.打开红外热像仪16、PIV测试仪19、纹影仪20、高速摄像仪22、同步控制器23和电脑24，对煤粉粒子泄漏运动流场进行检测；
步骤S6.当由给料罐8内的煤粉和配气仪5输出的气体达到喷嘴管道内时开启喷粉，待测煤粉经喷嘴喷出到大气环境中；
步骤S7.检测系统对泄漏的煤粉在大气中的运动流场进行检测记录；
步骤S8.对检测系统捕获的图像进行处理，将红外热像仪16、PIV测试仪19、纹影仪20、高速摄像仪22所得到的四幅图像进行融合处理；
在上述步骤中，首先对高速摄像仪22图像进行一定的滤波处理，然后再对图像进行切割，把显示有煤粉泄漏的图片分离出来，之后对显示有煤粉泄漏的图片区域内的图片进行二值化处理，使得目标从图片中分离出来，之后再通过对整个图片的二值化处理及边缘检测把形态突显出来；其次PIV测试仪19检测图进行预处理，使计算机能够准确的识别和定位大多数煤粉粒子，选取特征值明显的煤尘粒子作为粒子模型，利用粒子模板对原始图像逐像素扫描，将灰度图转换为相关系数分布图，基于互相关算法的PIV技术确定初步的速度场，通过互相关阈值对结果进行处理进而获得粒子的速度矢量图，并对速度相同的粒子进行曲线拟合；再次，对红外热像仪所捕获的图像进行处理，对红外热成像图进行角点检测，提取红外热像图的特征点，通过对这些特征点进行光流聚类分析，达到目标与背景分离的目的，从而检测出运动目标得到目标图像；除此之外对纹影仪所捕获的原始图像进行分析处理，根据像素点的色彩分量的分布特点，选择对应的色彩权值，增强匹配的稳定性，对图像采用中值滤波方法对图像进行处理，去除噪声，根据灰度直方图选取阈值，对图像进行切割，选择合适的矩值识别图像中的目标，对于无法自动识别的目标也可以选择人工方法对特征点进行选择。对于图像质量好且目标宜于提取的图像数据可以使用自动模式得到图像中目标的识别，也可以选择人工对图像处理的每一步骤进行核对；最后将所得到的四幅图像进行融合处理。高速摄像仪22获取的图像作为底片，将PIV测试仪19得到的曲线拟合图叠加在所述高速摄像仪22获取的图像上，将红外热成像仪获取的温度信息叠加对应到所述PIV测试仪19所获取的曲线拟合图上，最后将纹影仪20获取的图像融合到上述图像上，将所得到的四幅图像进行融合处理得到具有多种信息的流场分布图像。
进一步，在上述步骤中，对红外热像仪16捕获的图像进行处理时，其特征点为能够在其他含有相同场景或目标的相似图像中以一种相同的或至少非常相似的不变形式表示图像或目标。换句话说就是同一物体从不同角度采集多幅图片如果同一个地方被识别出来是相似的，这些具有“尺度不变性的点或块”即为特征点。特征点是那些经过算法分析出来的，含有丰富局部信息的点，经常出现在图像中拐角、纹理剧烈变化等地方。特征点具有的所谓“尺度不变性”，就是指其在不同图片中能够被识别出来具有的统一性质。“特征点”不仅仅是一个点，它还包括一系列局部的信息。甚至很多情况下，它本身就是具有面积的一小块区域。因为目前计算机无法识别出图片中的物体，所以经过提纯模型(经常是RANSAC)进一步对所获得的点进行建模，能够告诉计算机不同图片中同一物体的特征点，那么也就是得到了物体的位置和形态了；可以获得两幅图片之间较为精确的位置关系，从而对准。
步骤S9.记录泄漏的煤粉燃烧时流场分布情况，开启点火器25对泄漏的煤尘进行点燃，并由检测装置捕获泄漏的煤粉在大气环境下的燃烧情况；
步骤S10.保存检测装置捕获的煤粉泄漏时流场分布和泄漏的煤粉燃烧时的图像，清理燃烧后的产物残渣。
上面所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的构思和范围进行限定。在不脱离本发明设计构思的前提下，本领域普通人员对本发明的技术方案做出的各种变型和改进，均应落入到本发明的保护范围，本发明请求保护的技术内容，已经全部记载在权利要求书中。
Claims (10)
1.一种煤粉泄漏流场分布测量装置，其特征在于:包括煤粉泄漏模拟装置、密相气力输送系统、温度监测系统、检测系统和数据采集处理系统；其中，
所述煤粉泄漏模拟装置用于模拟煤气化过程中煤粉泄漏的情况；
所述密相气力输送系统用于将煤粉加压并通过载气将处于流态化状态煤粉管线经主烧嘴进入管道；
所述温度监测系统用于控制煤粉加热温度并实时测量煤粉泄漏模拟装置内煤粉温度；
所述检测系统包括红外热像仪、PIV检测仪、纹影仪和高速摄像仪，所述红外热像仪、PIV检测仪、纹影仪和高速摄像仪分别测量煤粉泄漏过程中大量煤粉在大气中的流场分布和获取温度分布信息；
所述数据采集处理系统用于将所述检测系统检测得到的图像进行融合处理。
2.根据权利要求1所述的一种煤粉泄漏流场分布测量装置，其特征在于：所述煤粉泄漏模拟装置包括放料罐、给料罐，给料罐阀门以及煤粉喷嘴，所述给料罐设置在放料罐下方，给料罐和放料罐之间设有电磁阀，给料罐底部通过管道与所述煤粉喷嘴连接，给料罐与煤粉喷嘴连接的管道上设有给料罐阀门，所述管道与密相气力输送系统连接，所述密相气力输送系统输送煤粉并由煤粉喷嘴将煤粉喷出，所述煤粉喷嘴与外部大气环境相通。
3.根据权利要求2所述的一种煤粉泄漏流场分布测量装置，其特征在于：所述放料罐内放置有待测的标准煤样和示踪物质，放料罐腔内设有加热搅拌棒，加热搅拌棒连接电源并与温度监测系统相连并由电脑控制其加热温度。
4.根据权利要求1所述的一种煤粉泄漏流场分布测量装置，其特征在于：所述密相气力输送系统包括第一气瓶和第二气瓶，所述第一气瓶和所述第二气瓶分别通过气体输送管道连接到配气仪，所述第一气瓶和第二气瓶中的气体比例经过所述配气仪调配比例后通过气力输送阀门与给料罐的输出端相通并接入到煤粉喷嘴，所述第一气瓶和第二气瓶与配气仪之间的输送管道上均设有减压阀和开关阀，所述配气仪和气力输送阀门后均设有压力表。
5.根据权利要求1所述的一种煤粉泄漏流场分布测量装置，其特征在于：所述温度监测系统包括温度传感器和温度采集仪，所述的温度传感器内置在放料罐内，实时检测煤粉温度并将数据传输至温度采集仪。
6.根据权利要求1所述的一种煤粉泄漏流场分布测量装置，其特征在于：所述数据采集处理系统包括数据采集仪、同步控制器和电脑，所述红外热像仪、PIV检测仪、纹影仪和高速摄像仪均与所述同步控制器连接然后连接至电脑，数据采集仪与PIV检测仪测试仪连接。
7.根据权利要求1所述的一种煤粉泄漏流场分布测量装置，其特征在于：所述煤粉喷嘴附近设有障碍物和点火电极，所述点火电极与点火器相连并由点火器控制，泄漏的煤尘直接进入大气环境中，进行不同点火源分布式点火情况下煤粉的燃烧情况，根据要求对所述障碍物的位置进行变化，使障碍物在煤粉泄漏的流场内起到干扰作用。
8.根据权利要求1-7所述的一种煤粉泄漏流场分布测量方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1.检查管道的气密性；
步骤S2.密相气力输送系统进行配气：打开第一气瓶和第二气瓶，调节减压阀，打开配气仪，调整气体参数，待配气仪输出的气体稳定后关闭排气，打开阀门，气体由配气仪的输出端进如煤粉喷嘴管道内；
步骤S3.将烘干的煤粉和示踪物质加入放料罐内，开启电源，通过加热搅拌棒的加热搅拌作用使煤尘温度稳定均匀的上升，由温度传感器测量放料罐内的煤尘温度并将测量温度传送到温度采集仪上，当温度达到设定的温度时，停止加热并自动打开电磁阀，此时放料罐内的煤粉自动进入到给料罐内；
步骤S4.进入给料罐内的煤粉通过密相气力输送系统，将煤粉加压并通过载气处于流态化状态煤粉给料罐底部流化盘通入流化气，在底部形成流化床，煤粉在给料罐下出料的煤粉管线进入管道；
步骤S5.打开红外热像仪、PIV测试仪、纹影仪、高速摄像仪、同步控制器和电脑，对煤粉粒子泄漏运动流场进行检测；
步骤S6.当由给料罐内的煤粉和配气仪输出的气体达到喷嘴管道内时开启喷粉，待测煤粉经喷嘴喷出到大气环境中；
步骤S7.检测系统对泄漏的煤粉在大气中的运动流场进行检测记录；
步骤S8.对检测系统捕获的图像进行处理，将红外热像仪、PIV测试仪、纹影仪、高速摄像仪所得到的四幅图像进行融合处理；
步骤S9.记录泄漏的煤粉燃烧时流场分布情况，开启点火器对泄漏的煤尘进行点燃，并由检测装置捕获泄漏的煤粉在大气环境下的燃烧情况；
步骤S10.保存检测装置捕获的煤粉泄漏时流场分布和泄漏的煤粉燃烧时的图像，清理燃烧后的产物残渣。
9.根据权利要求8所述的一种煤粉泄漏流场分布测量方法，其特征在于：所述步骤S8中，首先对高速摄像仪图像进行一定的滤波处理，然后再对图像进行切割，把显示有煤粉泄漏的图片分离出来，之后对显示有煤粉泄漏的图片区域内的图片进行二值化处理，使得目标从图片中分离出来，之后再通过对整个图片的二值化处理及边缘检测把形态突显出来；其次PIV测试仪检测图进行预处理，使计算机能够准确的识别和定位大多数煤粉粒子，选取特征值明显的煤尘粒子作为粒子模型，利用粒子模板对原始图像逐像素扫描，将灰度图转换为相关系数分布图，基于互相关算法的PIV技术确定初步的速度场，通过互相关阈值对结果进行处理进而获得粒子的速度矢量图，并对速度相同的粒子进行曲线拟合；再次，对红外热像仪所捕获的图像进行处理，对红外热成像图进行角点检测，提取红外热像图的特征点，通过对这些特征点进行光流聚类分析，达到目标与背景分离的目的，从而检测出运动目标得到目标图像；除此之外对纹影仪所捕获的原始图像进行分析处理，根据像素点的色彩分量的分布特点，选择对应的色彩权值，增强匹配的稳定性，对图像采用中值滤波方法对图像进行处理，去除噪声，根据灰度直方图选取阈值，对图像进行切割，选择合适的矩值识别图像中的目标，对于无法自动识别的目标也可以选择人工方法对特征点进行选择。对于图像质量好且目标宜于提取的图像数据可以使用自动模式得到图像中目标的识别，也可以选择人工对图像处理的每一步骤进行核对；最后将所得到的四幅图像进行融合处理。
10.根据权利要求8所述的一种煤粉泄漏流场分布测量方法，其特征在于：所述步骤S8中，所述高速摄像仪获取的图像作为底片，将PIV测试仪得到的曲线拟合图叠加在所述高速摄像仪获取的图像上，将红外热成像仪获取的温度信息叠加对应到所述PIV测试仪所获取的曲线拟合图上，最后将纹影仪获取的图像融合到上述图像上，将所得到的四幅图像进行融合处理得到具有多种信息的流场分布图像。
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