CN112229741A - 基于图像分析的测量煤样破碎能量的方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于图像分析的测量煤样破碎能量的方法，包括步骤：S1.采集煤样颗粒的图像信息，并对图像信息处理获取煤样颗粒的直径d；S2.确定直径为d的煤样颗粒的表面积；S3.统计直径为d的煤样颗粒的个数；S4.根据煤样颗粒的表面积以及个数，计算煤样的总表面积；S5.根据煤样的总表面积，确定煤样的破碎能量；一种基于图像分析的测量煤样破碎能量的系统，包括锤击单元、进料单元、成像单元以及计算单元。本发明能够精确、细致地测量破碎煤样的粒度粒形分布，进而得到煤样的破碎能量，精度高、误差小。
Description
技术领域
本发明涉及煤领域，具体涉及一种基于图像分析的测量煤样破碎能量的方法及系统。
背景技术
粒度影响微粒的许多物理化学性质，它是质量和性能的一个重要指标。目前通用的测量粒度的方法有筛分法、计数器法、激光衍射法、沉降法等。各种颗粒粒度测量方法的物理基础不同，同一样品用不同的测量方法得到的粒度的物理意义甚至粒度大小也不同，如筛分法得到的是筛分径，计数器法、激光衍射法得到的是统计径，沉降法得到的是等效径；通过这些方法测量得到的粒度，要么是精度较低，要么是误差偏大，进而导致依据粒度计算得到的样品破碎能量不准确。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是克服现有技术中的缺陷，提供基于图像分析的测量煤样破碎能量的方法及系统，能够精确、细致地测量破碎煤样的粒度粒形分布，进而得到煤样的破碎能量，精度高、误差小。
本发明的基于图像分析的测量煤样破碎能量的方法，包括如下步骤：
S1.采集煤样颗粒的图像信息，并对图像信息处理获取煤样颗粒的直径d；
S2.确定直径为d的煤样颗粒的表面积Sd；
S3.统计直径为d的煤样颗粒的个数Nd；
S4.根据煤样颗粒的表面积Sd以及个数Nd，计算煤样的总表面积S；所述煤样的总表面积
其中，dmax为煤样颗粒的最大直径，dmin为煤样颗粒的最小直径；
S5.根据煤样的总表面积S，确定煤样的破碎能量E；所述煤样的破碎能量
其中，c、β以及δ均为拟合常数。
进一步，步骤S1中，以锤击的方式获取每次测量所需的煤样颗粒，其中，每次锤击时均保持相同的锤击高度。
进一步，步骤S1中，将煤样颗粒的最大内切圆直径作为所述煤样颗粒的直径。
进一步，步骤S2中，所述公式煤样颗粒的表面积Sd＝πd2；其中，π为圆周率。
一种基于图像分析的测量煤样破碎能量的系统，包括锤击单元、进料单元、成像单元以及计算单元；
所述锤击单元，用于以相同的锤击高度锤击原始煤样得到煤样颗粒；
所述进料单元，用于抖动煤样颗粒，使得煤样颗粒分散下落；
所述成像单元，用于拍摄分散下落的煤样颗粒得到煤样颗粒图像；
所述计算单元，用于对煤样颗粒图像进行统计分析处理得到煤样颗粒的直径d以及直径为d的煤样颗粒的个数Nd，并计算得到煤样的破碎能量。
进一步，所述进料单元包括进料漏斗以及沿轴线方向倾斜的进料槽；所述进料槽一端设置有控制进料槽振动的振动器。
进一步，所述成像单元包括相机以及设置于相机正上方的激光发射器；所述激光发射器为相机提供单色光源。
本发明的有益效果是：本发明公开的一种基于图像分析的测量煤样破碎能量的方法及系统，通过测得煤样破碎后的图像，统计煤样颗粒的粒度，从而细致、精确地得到煤样颗粒的分布，根据煤样颗粒分布计算煤样破碎后新增的表面积，进而得到精度高、误差小的煤样破碎能量。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：
图1为本发明的方法流程示意图；
图2为本发明的系统结构示意图；
图3为本发明的煤样颗粒示意图；
图4为本发明的煤样颗粒直径分布示意图。
具体实施方式
以下结合说明书附图对本发明做出进一步的说明，如图所示：
本发明的基于图像分析的测量煤样破碎能量的方法，如图1所示，包括如下步骤：
S1.通过锤击的方式获取煤样颗粒，收集好煤样颗粒后，使煤样颗粒散落，并对散落的煤样颗粒进行拍摄，得到煤样颗粒的图像；
通过计算机调用基于非标准球形颗粒的图像算法对煤样颗粒的图像进行分析处理，进而得到煤样颗粒的直径d；通过图像算法能够识别宽度范围在20um-30mm的煤样颗粒；本实施例中，所述基于非标准球形颗粒的图像算法为现有技术，在此不再赘述；
S2.确定直径为d的煤样颗粒的表面积Sd；
S3.通过计算机统计直径为d的煤样颗粒的个数Nd，可以得到若干个数据对(d,Nd)；本实施例中，如图4所示，通过对大量的煤样颗粒的直径进行统计分析，可以得出煤样颗粒的直径分布近似服从一个正态分布。
S4.根据煤样颗粒的表面积Sd以及个数Nd，计算煤样的总表面积S；所述煤样的总表面积
也即是在煤样颗粒直径d所属的范围[dmin,dmax]内，统计计算所有煤样颗粒的表面积，进而得到煤样的总表面积；其中，dmax为煤样颗粒的最大直径，dmin为煤样颗粒的最小直径；
S5.将煤样的总表面积S，带入公式：S＝β-δcE，则可以得到煤样的破碎能量E；所述煤样的破碎能量
其中，c、β以及δ均为拟合常数；本实施例中，如果煤样为突出煤，则β＝11.062，δ＝13.65；如果煤样为非突出煤，则β＝6.103，δ＝9.203；对于煤样为突出煤以及非突出煤时，c值相同，取值为c＝0.9935。
本实施例中，步骤S1中，选取若干煤样，对所述若干煤样分别进行锤击得到煤样颗粒；其中，每次锤击时保持相同的锤击高度，保证每次锤击都是相同的锤击力，从而消除了因锤击力不同而导致的误差。
本实施例中，步骤S1中，如图3所示，粉碎后的煤样而形成的煤样颗粒通常为非标准球形，则将煤样颗粒的最大内切圆直径作为所述煤样颗粒的直径，从而能够有效快速地计算煤样颗粒的直径。
本实施例中，步骤S2中，这里将煤样颗粒的非标准球形做近似球形处理，在保证误差较小的情况下，使得对煤样颗粒的统计计算更加方便快捷，则有所述公式煤样颗粒的表面积Sd＝πd2；其中，π为圆周率；d为煤样颗粒的直径。
由于
一种基于图像分析的测量煤样破碎能量的系统，包括锤击单元、进料单元、成像单元以及计算单元；
所述锤击单元，用于以相同的锤击高度锤击原始煤样得到煤样颗粒；所述锤击单元包括自动化锤击装置，所述自动化锤击装置根据设定好的锤击高度对原始煤样进行锤击，从而形成煤样颗粒，消除了人为因素带来的误差。所述自动化锤击装置采用现有技术，在此不再赘述。
所述进料单元，用于抖动煤样颗粒，使得煤样颗粒分散下落；
所述成像单元，用于拍摄分散下落的煤样颗粒得到煤样颗粒图像；
所述计算单元，用于对煤样颗粒图像进行统计分析处理得到煤样颗粒的直径d以及直径为d的煤样颗粒的个数Nd，并计算得到煤样的破碎能量；所述计算单元包括计算机、图像统计与分析软件以及用于控制进料单元与成像单元工作的控制系统；所述图像统计与分析软件以及所述控制系统均采用现有技术，在此不再赘述。本实施例中，所述计算单元为电脑工作站。
需要说明的是，在测量试验后会有许多煤样粉末状颗粒残留于系统中，可以使用吸尘器清除这些煤样粉末状颗粒，以保证标准的测量试验环境。
本实施例中，如图2所示，所述进料单元包括进料漏斗以及沿轴线方向倾斜的进料槽；所述进料漏斗接收由锤击单元锤击完成的煤样颗粒，并将所述煤样颗粒漏到设置于进料漏斗下方的进料槽；所述进料槽一端的边缘设置有控制进料槽振动的振动器；所述振动器在保证不振碎煤样颗粒的情况下，设定一定的振动幅度进行机械振动，使得进料槽中的煤样颗粒得以分散，同时使得所述煤样颗粒沿着进料槽的轴线方向发生倾斜而滑落，实现了智能化操作，节省了人力成本。
本实施例中，如图2所示，所述成像单元包括相机以及设置于相机正上方的激光发射器；所述激光发射器为相机提供单色光源。所述相机为高分辨率的CCD工业相机，所述激光发射器能够为相机提供稳定的单色光源；所述单元光源波光窄，不易受干扰，保证了相机在单色光源的光线环境下能够拍摄出效果更好的图像。
最后说明的是，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，而不脱离本发明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 (7)
1.一种基于图像分析的测量煤样破碎能量的方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1.采集煤样颗粒的图像信息，并对图像信息处理获取煤样颗粒的直径d；
S2.确定直径为d的煤样颗粒的表面积Sd；
S3.统计直径为d的煤样颗粒的个数Nd；
S4.根据煤样颗粒的表面积Sd以及个数Nd，计算煤样的总表面积S；所述煤样的总表面积
其中，dmax为煤样颗粒的最大直径，dmin为煤样颗粒的最小直径；
S5.根据煤样的总表面积S，确定煤样的破碎能量E；所述煤样的破碎能量
其中，c、β以及δ均为拟合常数。
2.根据权利要求1所述的基于图像分析的测量煤样破碎能量的方法，其特征在于：步骤S1中，以锤击的方式获取每次测量所需的煤样颗粒，其中，每次锤击时均保持相同的锤击高度。
3.根据权利要求1所述的基于图像分析的测量煤样破碎能量的方法，其特征在于：步骤S1中，将煤样颗粒的最大内切圆直径作为所述煤样颗粒的直径。
4.根据权利要求1所述的基于图像分析的测量煤样破碎能量的方法，其特征在于：步骤S2中，所述公式煤样颗粒的表面积Sd＝πd2；其中，π为圆周率。
5.一种基于图像分析的测量煤样破碎能量的系统，其特征在于：包括锤击单元、进料单元、成像单元以及计算单元；
所述锤击单元，用于以相同的锤击高度锤击原始煤样得到煤样颗粒；
所述进料单元，用于抖动煤样颗粒，使得煤样颗粒分散下落；
所述成像单元，用于拍摄分散下落的煤样颗粒得到煤样颗粒图像；
所述计算单元，用于对煤样颗粒图像进行统计分析处理得到煤样颗粒的直径d以及直径为d的煤样颗粒的个数Nd，并计算得到煤样的破碎能量。
6.根据权利要求5所述的基于图像分析的测量煤样破碎能量的系统，其特征在于：所述进料单元包括进料漏斗以及沿轴线方向倾斜的进料槽；所述进料槽一端设置有控制进料槽振动的振动器。
7.根据权利要求5所述的基于图像分析的测量煤样破碎能量的系统，其特征在于：所述成像单元包括相机以及设置于相机正上方的激光发射器；所述激光发射器为相机提供单色光源。
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