CN207439870U - 煤泥水混凝过程中絮体动态特征参数提取系统 - Google Patents
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Abstract
煤泥水混凝过程中絮体动态特征参数提取系统，系统包括：调速搅拌器、搅拌叶轮、搅拌槽、沉降柱、LED光源、长焦摄像机、三维移动台、微量循环泵、计算机及图像处理软件。搅拌槽通过进样管与沉降柱相连，进样管上设置有旋拧阀，沉降柱的顶部侧面有出水口，底部设置排污口，底部侧面设置有进水口；通过微量循环泵将清水经进水口注入沉降柱；LED光源设置在沉降柱的一侧，长焦摄像机固定在三维移动台上位于沉降柱的另一侧与机器视觉LED光源相对；长焦摄像机通过数据线与图像处理系统连接。本实用系统可以在不破坏絮体的前提下快速获取混凝过程中的絮体图像或视频。
Description
技术领域
本发明涉及一种煤泥水混凝过程中絮体动态特征参数提取系统，尤其适用于研究煤泥水混凝过程中絮体特征参数的动态变化规律。
背景技术
煤泥水处理一直是选煤界关注的重点和难点，特别是高泥化、难处理的煤泥水问题。煤泥水中含有黏土类矿物极易在水中泥化成微细颗粒，与细粒煤相互作用形成难沉降的悬浊液。混凝沉淀法是当前应用最广、效果最好的煤泥水处理方法，通过向悬浊液中添加无机阳离子凝聚剂和高分子絮凝剂的办法，使煤泥水中的固体颗粒聚集成大的絮体，从而促进煤泥水中固体物在浓缩机中快速沉降。
在煤泥水混凝处理中，絮体的性能是混凝效果的直接反映，是联系混凝过程和后续脱水的关键。絮体的大小和密度决定了其在混凝过程的沉降速度；絮体的强度决定了其在紊动水流中抵抗破坏的能力以及后续压滤脱水性能。从微观方面研究混凝过程，探索影响煤泥水各因素对絮体性能的影响规律，对于实现煤泥水混凝目的及洗水闭路循环具有重要意义。
目前，基于分形理论研究煤泥水混凝过程中絮体的特性对沉降效果的影响成为近年来研究的热点，然而在当前的研究中多采用显微摄像法、光散射法及激光粒度法获得絮体的特征参数，以上方法主要存在以下缺点：1)显微镜摄像法最明显缺点是需要取样且只能观察很少一部分絮体，絮体取样过程易破坏，为获得代表性结果，需要进行大量的实验；2)激光粒度法和光散射法在取样和测定过程中均不可避免地造成絮体的破坏，影响结果的准确性。
发明内容
技术问题：本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种在不破坏絮体的前提下，快速批量获得絮体图像或视频的煤泥水混凝过程中絮体动态特征参数提取系统。
技术方案：本发明的絮体动态特征参数提取系统包括调速搅拌器、搅拌叶轮、搅拌槽、沉降柱、LED光源、长焦摄像机、三维移动台、微量循环泵、计算机及图像处理软件；搅拌槽通过进样管与沉降柱相连，进样管上设置有旋拧阀，沉降柱的顶部侧面有出水口，底部设置排污口，底部侧面设置有进水口；通过微量循环泵将清水经进水口注入沉降柱；LED 光源设置在沉降柱的一侧，长焦摄像机固定在三维移动台上位于沉降柱的另一侧与LED光源相对；长焦摄像机通过数据线与图像处理系统连接。
一种使用上述系统的煤泥水混凝过程中絮体动态特征参数提取方法，包括如下步骤：
1)保持排污口(8)关闭，进水口(14)的旋拧阀和出水口(16)的旋拧阀打开的情况下，开启微量循环泵(11)将纯水通过进水橡胶管(13)和出水橡胶管(12)经进水口(14)注入沉降柱(4) 中直至注满后立即关闭微量循环泵(11)、进水口(14)和出水口(16)的旋拧阀；
2)调节三维移动台(7)使得长焦摄像机(6)对准沉降柱观测面，放置LED光源(3)于沉降柱(4)的另一观测面并使与长焦摄像机(6)正对，调节LED光源(3)至适宜亮度；
3)将数据线(9)连接至数据处理系统(10)，打开LED光源(3)、长焦摄像机(6)及数据处理系统(10)；
4)打开进样管(5)将直径为1mm的细铁丝垂直插入沉降柱(4)中，微调长焦摄像机(6) 至数据处理系统(10)中可以清楚看到铁丝边缘并拍照记录标尺；
5)关闭进样管(5)的旋拧阀，向搅拌槽(2)中加入配制所需浓度的悬浮液，开启调速搅拌器(1)调节至所需转速N，搅拌T时间后添加混凝剂；
6)缓慢打开进样管(5)的旋拧阀，使待测絮体依靠自身重力作用进入沉降柱(4)内进行沉降运动；
7)调节长焦摄像机控制软件以25帧/s的速率进行录像或者0.02s/张的速度遥控连拍；
8)应用MATLAB编程统计絮体的特征参数并直接输出任意时间间隔的统计结果。
所述调速搅拌器(1)转速可调且数显，配套的搅拌叶轮桨叶数以及搅拌叶轮层数可改变。
所述搅拌槽(2)采用透光率达97％以上的有机玻璃板制作，其外形可以为四方柱、六方柱、八方柱以及圆筒形。
所述沉降柱(4)采用透光率达97％以上的有机玻璃板制作，有一对或两对观测对面的有机玻璃板厚度为2mm，也可以采用其他透光材料制作。
所述长焦摄像机(6)装配有可变焦的镜头，可根据需要调节焦距，变换景深，此外兼具遥控拍照和录视频功能。
所述长焦摄像机(6)固定在三维移动台(7)上，该移动台具有高精度的机械结构，可多自由度任意调节。
所述LED光源(3)为可调节亮度的平行光，也可更换为其他适宜光源。
所述沉降柱(4)的进样口(5)、排污口(8)、入水口(12)、出水口(16)均带旋拧阀，可以关闭、开启操作。
所述数据线(9)为长焦摄像机配套的数据线，也可以使用传输数据更快的同类数据线。
依据长焦摄像机(6)拍摄的絮体图像并经数据处理系统(10)统计任意时间段絮体的特征参数并输出。
所述微量循环泵(11)为带调压板的循环泵，其扬程和流量可根据实际进行调节。
有益效果：采用煤泥水混凝过程中絮体形态观测采集方法及系统，可以在不破坏絮体的前提下研究煤泥水混凝过程中絮体特征的动态变化规律，探索研究煤泥水混凝过程的物理模型，调控混凝过程中理想絮体的生成，为实现超细煤泥水快速沉降和高效脱水奠定基础。
附图说明
图1是本发明系统的结构示意图。
图2是搅拌槽和沉降柱的左视图。
图1中：1、调速搅拌器，2、搅拌槽，3、LED光源，4、沉降柱，5、带旋拧阀的进样管，6、长焦摄像机，7、三维移动台，8、排污口，9、数据线，10、数据处理系统。
图2中：11、微量循环泵，12、橡胶管，13、橡胶管，14、带旋拧阀的进水口，15、橡胶管， 16、带旋拧阀的出水口。
具体实施方式
下面结合附图1对本发明进一步的描述：
本发明的絮体动态特征参数提取系统，包括调速搅拌器、搅拌叶轮、搅拌槽、沉降柱、LED光源、长焦摄像机、三维移动台、微量循环泵、计算机及图像处理软件；搅拌槽通过进样管与沉降柱相连，进样管上设置有旋拧阀，沉降柱的顶部侧面有出水口，底部设置排污口，底部侧面设置有进水口；通过微量循环泵将清水经进水口注入沉降柱；LED光源设置在沉降柱的一侧，长焦摄像机固定在三维移动台上位于沉降柱的另一侧与LED光源相对；长焦摄像机通过数据线与图像处理系统连接。
使用上述系统的煤泥水混凝过程中絮体动态特征参数提取方法，包括如下步骤：
a.保持排污口(8)关闭，进水口(14)的旋拧阀和出水口(16)的旋拧阀打开的情况下，开启微量循环泵(11)将纯水通过进水橡胶管(13)和出水橡胶管(12)经进水口(14)注入沉降柱(4)中直至注满后立即关闭微量循环泵(11)、进水口(14)和出水口(16)的旋拧阀；
b.调节三维移动台(7)使得长焦摄像机(6)对准沉降柱观测面，放置LED光源(3)于沉降柱(4)的另一观测面并使与长焦摄像机(6)正对，调节LED光源(3)至适宜亮度；
c.将数据线(9)连接至数据处理系统(10)，打开LED光源(3)、长焦摄像机(6)及数据处理系统(10)；
d.打开进样管(5)将直径为1mm的细铁丝垂直插入沉降柱(4)中，微调长焦摄像机(6) 至数据处理系统(10)中可以清楚看到铁丝边缘并拍照记录标尺；
e.关闭进样管(5)的旋拧阀，向搅拌槽(2)中加入配制所需浓度的悬浮液，开启调速搅拌器(1)调节至所需转速N，搅拌T时间后添加混凝剂；
f.缓慢打开进样管(5)的旋拧阀，使待测絮体依靠自身重力作用进入沉降柱(4)内进行沉降运动；
g.调节长焦摄像机控制软件以25帧/s的速率进行录像或者0.02s/张的速度遥控连拍。
h.应用MATLAB基于絮体“清晰度”的模糊絮体自动剔除方法和“多目标追踪”算法编程剔除模糊絮体、统计清晰絮体的特征参数并直接输出任意时间间隔的统计结果。
Claims (1)
1.煤泥水混凝过程中絮体动态特征参数提取系统，其特征在于：该系统包括调速搅拌器(1)、搅拌槽(2)、LED光源(3)、沉降柱(4)、带旋拧阀的进样管(5)、长焦摄像机(6)、三维移动台(7)、排污口(8)、数据线(9)、数据处理系统(10)、微量循环泵(11)、橡胶管(12)、橡胶管(13)、带旋拧阀的进水口(14)、橡胶管(15)、带旋拧阀的出水口(16)；所述的搅拌槽(2)内设固定高度的调速搅拌器(1)，底部通过带旋拧阀的进样管(5)与沉降柱(4)顶部中心位置连接；沉降柱(4)顶部侧边为带旋拧阀的出水口(16)，沉降柱(4)底部中心位置为排污口(8)，沉降柱(4)底部侧边底端为带旋拧阀的进水口(14)；LED光源(3)设置在沉降柱(4)的一侧，长焦摄像机(6)固定在三维移动台(7)上组成图像采集系统在沉降柱(4)的另一侧的观测面；长焦摄像机(6)通过数据线(9)与数据处理系统(10)连接；带旋拧阀的出水口(16)与橡胶管(15)连接；带旋拧阀的进水口(14)通过橡胶管(12)与微量循环泵(11)连接；微量循环泵(11)的进水口为橡胶管(13)，出水口为橡胶管(12)。
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