煤質(zhì)檢測方法及其應(yīng)用的煤質(zhì)激光檢測分析儀器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種煤質(zhì)檢測方法及其應(yīng)用的煤質(zhì)激光檢測分析儀器，煤質(zhì)激光檢測分析儀器包括：三維運(yùn)動樣品平臺，所述三維運(yùn)動樣品平臺用于移動待測的煤餅，并將煤餅送入檢測區(qū)域；激光裝置，所述激光裝置設(shè)置在檢測區(qū)域的上方，并且所述激光裝置包括用于發(fā)出激光的脈沖激光器和將激光聚焦在檢測區(qū)域上的煤餅表面的自動聚焦器件；光譜分析裝置，所述光譜分析裝置包括光譜儀和光譜采集組件，光譜采集組件與光譜儀相連，以便光譜采集組件采集煤餅表面激發(fā)的等離子體所輻射出的帶有相應(yīng)的煤餅信息的光，并將其傳遞給光譜儀；計算機(jī)，所述光譜儀與所述計算機(jī)相連，以便光譜儀將生成的光譜響應(yīng)信號傳遞給計算機(jī)。通過該方法可以得到高精度的煤質(zhì)在線分析結(jié)果。
【專利說明】
煤質(zhì)檢測方法及其應(yīng)用的煤質(zhì)激光檢測分析儀器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明涉及一種煤質(zhì)檢測方法及其應(yīng)用的煤質(zhì)激光檢測分析儀器。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，在煤礦，洗煤廠，燃煤電廠等煤的生產(chǎn)和使用單位，產(chǎn)煤用煤的煤炭指標(biāo)會直接影響到企業(yè)的生產(chǎn)效益，根據(jù)煤炭的不同工業(yè)指標(biāo)以及元素含量，實時調(diào)整、優(yōu)化生產(chǎn)工藝，在煤礦與選煤廠可以有效提高煤炭質(zhì)量，提高精煤產(chǎn)率，控制精煤指標(biāo);在燃煤電廠可以通過調(diào)整工藝優(yōu)化燃燒，節(jié)約能源，減少污染排放。傳統(tǒng)的煤炭工業(yè)指標(biāo)和元素的測量方法具有分析速度慢，工藝繁瑣，無法實現(xiàn)在線過程控制等缺陷，往往在煤炭生產(chǎn)使用過程中有較大的滯后性，經(jīng)常造成資源的浪費與環(huán)境的污染。
[0003]目前常用的煤炭工業(yè)指標(biāo)以及元素的在線分析技術(shù)為X射線熒光技術(shù)，中子感生瞬發(fā)伽馬射線分析技術(shù)和雙能伽馬射線透射技術(shù)。X射線熒光技術(shù)只能測量原子序數(shù)大于11的元素，對煤中的碳元素、氫元素、氮元素等無法測量，造成了不能對煤中固定碳、氫測量的缺陷，并且測量精度和靈敏度不高。中子感生瞬發(fā)伽馬射線分析技術(shù)存在投資大，輻射危害大和放射源半衰期短的缺點。而雙能伽馬射線技術(shù)則無法進(jìn)行全元素分析，成本高并有安全隱患。由于存在這些缺點，這些技術(shù)并沒有得到廣泛的應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種煤質(zhì)檢測方法，通過該方法可以得到高精度的煤質(zhì)在線分析結(jié)果。
[0005]本發(fā)明解決上述技術(shù)問題采取的技術(shù)方案是:一種煤質(zhì)檢測方法，該方法的步驟中含有:
(a)通過煤質(zhì)自動采樣裝置對煤質(zhì)進(jìn)行采樣；
(b)采樣的煤質(zhì)中的一部分在煤粉制粉和壓餅裝置中進(jìn)行處理形成煤粉，并對煤粉進(jìn)行壓餅處理形成煤餅;采樣的煤質(zhì)中的另一部分被送往化驗室分析煤粉的工業(yè)指標(biāo)和元素含量；
(C)將煤粉制粉和壓餅裝置中形成的煤餅送入三維運(yùn)動樣品平臺，并通過三維運(yùn)動樣品平臺將煤餅送至檢測區(qū)域；
(d)采用一脈沖激光器發(fā)出激光，并將激光通過激光自動聚焦器件聚焦在檢測區(qū)域上的煤餅表面，煤餅表面激發(fā)出等離子體，等離子體輻射出的帶有相應(yīng)的煤餅信息的光再被光譜采集組件采集并送至光譜儀進(jìn)行分析，然后分析后輸出的光譜響應(yīng)信號采集至計算機(jī)中；在此過程中，通過移動三維運(yùn)動樣品平臺，變換激光在煤餅上打點的點位；
(e)在計算機(jī)中，根據(jù)多個光譜響應(yīng)信號進(jìn)行建模分析，并將光譜響應(yīng)信號和步驟(b)中化驗室得到的工業(yè)指標(biāo)和元素含量進(jìn)行數(shù)學(xué)比對分析，建立模型;重復(fù)進(jìn)行步驟(a)到步驟(d)，將每次得到的光譜響應(yīng)信號作為模型的輸入，通過模型分析出煤樣的工業(yè)指標(biāo)和元素含量。
[0006]進(jìn)一步，在所述的步驟(a)中，所述煤質(zhì)自動采樣裝置每隔一定時間取一次煤樣，并且煤樣通過煤質(zhì)自動采樣裝置內(nèi)部的一次破碎和一次縮分后再進(jìn)行步驟(b)。
[0007]進(jìn)一步，在所述的步驟(b)中，在煤粉制粉和壓餅裝置內(nèi)對每次采樣的煤樣進(jìn)行破碎和烘干處理后再磨成煤粉。
[0008]進(jìn)一步，在所述的步驟(c)中，通過一煤餅探測器件對三維運(yùn)動樣品平臺上的煤餅是否正確放置進(jìn)行探測:當(dāng)煤餅放置正確時，所述三維運(yùn)動樣品平臺把煤餅送入檢測區(qū)域；當(dāng)煤餅放置不正確時，則等待煤餅放置正確。
[0009]進(jìn)一步，在所述的步驟(d)中，移動三維運(yùn)動樣品平臺使三維運(yùn)動樣品平臺上煤餅按Z字形進(jìn)行步進(jìn)移動，每次當(dāng)運(yùn)動停止時，脈沖激光器發(fā)出激光，并將激光通過激光自動聚焦器件聚焦在檢測區(qū)域上的煤餅表面。
[0010]本發(fā)明還提供了一種煤質(zhì)激光檢測分析儀器，它包括:
三維運(yùn)動樣品平臺，所述三維運(yùn)動樣品平臺用于移動待測的煤餅，并將煤餅送入檢測區(qū)域；
激光裝置，所述激光裝置設(shè)置在檢測區(qū)域的上方，并且所述激光裝置包括用于發(fā)出激光的脈沖激光器和將激光聚焦在檢測區(qū)域上的煤餅表面的自動聚焦器件；
光譜分析裝置，所述光譜分析裝置包括光譜儀和光譜采集組件，光譜采集組件與光譜儀相連，以便光譜采集組件采集煤餅表面激發(fā)的等離子體所輻射出的帶有相應(yīng)的煤餅信息的光，并將其傳遞給光譜儀；
計算機(jī)，所述光譜儀與所述計算機(jī)相連，以便光譜儀將生成的光譜響應(yīng)信號傳遞給計算機(jī)。
[0011]進(jìn)一步，煤質(zhì)激光檢測分析儀器還包括延時信號產(chǎn)生器，脈沖激光器的控制輸入端與所述計算機(jī)相連，所述延時信號產(chǎn)生器的信號輸入端與計算機(jī)相連，所述延時信號產(chǎn)生器的信號輸出端與所述光譜儀相連。
[0012]進(jìn)一步為了使光譜儀能夠得到輻射最弱、有效光譜最強(qiáng)的光譜，所述自動聚焦器件包括第一反射鏡、第二反射鏡和聚焦透鏡，脈沖激光器發(fā)出的激光正對所述第一反射鏡，第一反射鏡反射出的激光正對所述第二反射鏡，所述第二反射鏡反射出來的激光垂直入射聚焦透鏡，聚焦透鏡折射后的激光聚焦在檢測區(qū)域上的煤餅表面。
[0013]進(jìn)一步，所述光譜采集組件包括準(zhǔn)直鏡和光纖，光纖的一端與準(zhǔn)直鏡相連，光纖的另一端與光譜儀相連。
[0014]采用了上述技術(shù)方案后，本發(fā)明的方法通過結(jié)合機(jī)械采樣，自動制樣，獲得具有代表性的煤樣，然后通過煤餅壓制將煤粉制成煤餅，之后通過自動多點測量，平均光譜響應(yīng)信號，建立起光譜響應(yīng)信號和煤炭工業(yè)指標(biāo)及元素含量的數(shù)學(xué)模型，最后利用該數(shù)學(xué)模型對煤炭進(jìn)行在線分析，從而獲得高精度的在線結(jié)果。相比于其他激光誘導(dǎo)擊穿光譜(LIBS)檢測方法，克服了 LIBS表面采樣代表性差的問題，相比于其他在線煤炭測量方法，測量精度高，并且沒有輻射源，投資小，體積小，方便安裝。
【附圖說明】
[0015]圖1為本發(fā)明的煤質(zhì)激光檢測分析儀器的原理框圖。
【具體實施方式】
[0016]為了使本發(fā)明的內(nèi)容更容易被清楚地理解，下面根據(jù)具體實施例并結(jié)合附圖，對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
[0017]一種煤質(zhì)檢測方法，該方法的步驟中含有:
(a)通過煤質(zhì)自動采樣裝置對煤質(zhì)進(jìn)行采樣；
(b)采樣的煤質(zhì)中的一部分在煤粉制粉和壓餅裝置中進(jìn)行處理形成煤粉，并對煤粉進(jìn)行壓餅處理形成煤餅;采樣的煤質(zhì)中的另一部分被送往化驗室分析煤粉的工業(yè)指標(biāo)和元素含量；
(C)將煤粉制粉和壓餅裝置中形成的煤餅送入三維運(yùn)動樣品平臺，并通過三維運(yùn)動樣品平臺將煤餅送至檢測區(qū)域；
(d)采用一脈沖激光器發(fā)出激光，并將激光通過激光自動聚焦器件聚焦在檢測區(qū)域上的煤餅表面，煤餅表面激發(fā)出等離子體，等離子體輻射出的帶有相應(yīng)的煤餅信息的光再被光譜采集組件采集并送至光譜儀進(jìn)行分析，然后分析后輸出的光譜響應(yīng)信號采集至計算機(jī)中；在此過程中，通過移動三維運(yùn)動樣品平臺，變換激光在煤餅上打點的點位；
(e)在計算機(jī)中，根據(jù)多個光譜響應(yīng)信號進(jìn)行建模分析，并將光譜響應(yīng)信號和步驟(b)中化驗室得到的工業(yè)指標(biāo)和元素含量進(jìn)行數(shù)學(xué)比對分析，建立模型;重復(fù)進(jìn)行步驟(a)到步驟(d)，將每次得到的光譜響應(yīng)信號作為模型的輸入，通過模型分析出煤樣的工業(yè)指標(biāo)和元素含量。分析結(jié)果被存儲下來，并且可以顯示，打印或通過網(wǎng)絡(luò)，電路或其他連接方式送往其他系統(tǒng)。
[0018]在所述的步驟(a)中，所述煤質(zhì)自動采樣裝置每隔一定時間取一次煤樣，并且煤樣通過煤質(zhì)自動采樣裝置內(nèi)部的一次破碎和一次縮分后再進(jìn)行步驟(b)。
[0019]在所述的步驟(b)中，在煤粉制粉和壓餅裝置內(nèi)對每次采樣的煤樣進(jìn)行破碎和烘干處理后再磨成0.2mm左右的煤粉，烘干可以通過加熱棒進(jìn)行烘干;然后煤粉通過氣粉分離器送往傳送機(jī)構(gòu)，傳送機(jī)構(gòu)將一部分煤粉送到模具內(nèi)，液壓機(jī)通過10Mpa的壓力將模具內(nèi)的煤粉壓制成餅，而另一部分煤至被送往留樣盒，留樣盒中的煤粉被送往化驗室，以方便進(jìn)行校準(zhǔn)或結(jié)果比對。
[0020]在所述的步驟(c)中，通過一煤餅探測器件對三維運(yùn)動樣品平臺上的煤餅是否正確放置進(jìn)行探測:當(dāng)煤餅放置正確時，所述三維運(yùn)動樣品平臺把煤餅送入檢測區(qū)域；當(dāng)煤餅放置不正確時，則等待煤餅放置正確。
[0021]在所述的步驟(d)中，移動三維運(yùn)動樣品平臺使三維運(yùn)動樣品平臺上煤餅按Z字形進(jìn)行步進(jìn)移動，每次可以移動約1.5mm的距離，每次當(dāng)運(yùn)動停止時，脈沖激光器發(fā)出激光，并將激光通過激光自動聚焦器件聚焦在檢測區(qū)域上的煤餅表面。
[0022]如圖1所示，一種煤質(zhì)激光檢測分析儀器，它包括:
三維運(yùn)動樣品平臺，所述三維運(yùn)動樣品平臺用于移動待測的煤餅，并將煤餅送入檢測區(qū)域；
激光裝置，所述激光裝置設(shè)置在檢測區(qū)域的上方，并且所述激光裝置包括用于發(fā)出激光的脈沖激光器和將激光聚焦在檢測區(qū)域上的煤餅表面的自動聚焦器件；
光譜分析裝置，所述光譜分析裝置包括光譜儀和光譜采集組件，光譜采集組件與光譜儀相連，以便光譜采集組件采集煤餅表面激發(fā)的等離子體所輻射出的帶有相應(yīng)的煤餅信息的光，并將其傳遞給光譜儀；
計算機(jī)，所述光譜儀與所述計算機(jī)相連，以便光譜儀將生成的光譜響應(yīng)信號傳遞給計算機(jī)。
[0023]如圖1所示，煤質(zhì)激光檢測分析儀器還包括控制器和延時信號產(chǎn)生器，脈沖激光器的控制輸入端與所述計算機(jī)相連，所述延時信號產(chǎn)生器的信號輸入端與計算機(jī)相連，所述延時信號產(chǎn)生器的信號輸出端與所述光譜儀相連。
[0024]如圖1所示，所述自動聚焦器件包括第一反射鏡1、第二反射鏡2和聚焦透鏡3，脈沖激光器發(fā)出的激光正對所述第一反射鏡1，第一反射鏡I反射出的激光正對所述第二反射鏡2，所述第二反射鏡2反射出來的激光垂直入射聚焦透鏡3，聚焦透鏡3折射后的激光聚焦在檢測區(qū)域上的煤餅表面。
[0025]如圖1所示，所述光譜采集組件包括準(zhǔn)直鏡4和光纖，光纖的一端與準(zhǔn)直鏡4相連，光纖的另一端與光譜儀相連。
[0026]本發(fā)明的脈沖激光器采用Nd: YAG脈沖激光器，激光波長為1064nm，脈寬為5ns，在檢測的時候采用能量為90mJ的激光對樣品進(jìn)行激發(fā)并通過瞬間高溫在樣品表面激發(fā)出等離子體，等離子體向外發(fā)射出帶有待測樣品信息的光信息，準(zhǔn)直鏡4將光收集之后通過光纖傳送到光譜儀中，光在光譜儀中成像并將結(jié)果發(fā)送至控制電腦中進(jìn)行處理。
[0027]在檢測系統(tǒng)中，脈沖激光器與兩個反射鏡、一個聚焦透鏡3以及樣品室內(nèi)的樣品呈垂直布置，調(diào)整角度使得脈沖激光器出光口正對第一反射鏡I，第一反射鏡I反射出來的激光正對第二反射鏡2中心，第二反射鏡2反射出來的激光垂直入射聚焦透鏡3，脈沖激光器產(chǎn)生激光，經(jīng)過聚焦透鏡3之后，在樣品室內(nèi)的煤餅上表面聚焦成一個高能激光點并激發(fā)出等離子體，準(zhǔn)直鏡4正對等離子體，通過光纖與光譜儀連接，并把收集到的等離子體發(fā)射出來帶有樣品信息的光通過光纖發(fā)送到光譜儀，光譜儀經(jīng)過延時信號產(chǎn)生器的控制，在一定延時之后，在輻射最弱、有效光譜最強(qiáng)的時候成像，成像后將光譜發(fā)送到光譜儀，計算機(jī)同時可通過控制三維運(yùn)動樣品平臺移動，使得樣品能夠在激光下呈陣列(Z型)移動，激光能夠均勻的盡可能多的分布在煤餅樣品上，使得到的光譜信息更加能夠代表整個煤餅。
[0028]本發(fā)明中由煤餅探測器件對煤餅進(jìn)行探測，煤餅探測器件由光敏電阻、光敏模塊和光譜儀組成，如果檢測到煤餅則輸送信號給光譜儀，計算機(jī)采集到這個信號之后發(fā)送運(yùn)動指令給三維運(yùn)動樣品平臺，三維運(yùn)動樣品平臺將煤餅輸送至檢測區(qū)域，由自動聚焦器件對檢測激光與樣品之間進(jìn)行對焦，如果多次對焦不成功，則認(rèn)為該煤餅不符合檢測要求，此時三維運(yùn)動樣品平臺執(zhí)行棄樣指令，將不合格煤餅送出樣品室然后繼續(xù)等待樣品輸送，如果對焦成功，則執(zhí)行檢測指令。
[0029]以上所述的具體實施例，對本發(fā)明解決的技術(shù)問題、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種煤質(zhì)檢測方法，其特征在于該方法的步驟中含有: (a)通過煤質(zhì)自動采樣裝置對煤質(zhì)進(jìn)行采樣； (b)采樣的煤質(zhì)中的一部分在煤粉制粉和壓餅裝置中進(jìn)行處理形成煤粉，并對煤粉進(jìn)行壓餅處理形成煤餅;采樣的煤質(zhì)中的另一部分被送往化驗室分析煤粉的工業(yè)指標(biāo)和元素含量； (C)將煤粉制粉和壓餅裝置中形成的煤餅送入三維運(yùn)動樣品平臺，并通過三維運(yùn)動樣品平臺將煤餅送至檢測區(qū)域； (d)采用一脈沖激光器發(fā)出激光，并將激光通過激光自動聚焦器件聚焦在檢測區(qū)域上的煤餅表面，煤餅表面激發(fā)出等離子體，等離子體輻射出的帶有相應(yīng)的煤餅信息的光再被光譜采集組件采集并送至光譜儀進(jìn)行分析，然后分析后輸出的光譜響應(yīng)信號采集至計算機(jī)中；在此過程中，通過移動三維運(yùn)動樣品平臺，變換激光在煤餅上打點的點位； (e)在計算機(jī)中，根據(jù)多個光譜響應(yīng)信號進(jìn)行建模分析，并將光譜響應(yīng)信號和步驟(b)中化驗室得到的工業(yè)指標(biāo)和元素含量進(jìn)行數(shù)學(xué)比對分析，建立模型;重復(fù)進(jìn)行步驟(a)到步驟(d)，將每次得到的光譜響應(yīng)信號作為模型的輸入，通過模型分析出煤樣的工業(yè)指標(biāo)和元素含量。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤質(zhì)檢測方法，其特征在于:在所述的步驟(a)中，所述煤質(zhì)自動采樣裝置每隔一定時間取一次煤樣，并且煤樣通過煤質(zhì)自動采樣裝置內(nèi)部的一次破碎和一次縮分后再進(jìn)行步驟(b)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤質(zhì)檢測方法，其特征在于:在所述的步驟(b)中，在煤粉制粉和壓餅裝置內(nèi)對每次采樣的煤樣進(jìn)行破碎和烘干處理后再磨成煤粉。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤質(zhì)檢測方法，其特征在于:在所述的步驟(c)中，通過一煤餅探測器件對三維運(yùn)動樣品平臺上的煤餅是否正確放置進(jìn)行探測:當(dāng)煤餅放置正確時，所述三維運(yùn)動樣品平臺把煤餅送入檢測區(qū)域;當(dāng)煤餅放置不正確時，則等待煤餅放置正確。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤質(zhì)檢測方法，其特征在于:在所述的步驟(d)中，移動三維運(yùn)動樣品平臺使三維運(yùn)動樣品平臺上煤餅按Z字形進(jìn)行步進(jìn)移動，每次當(dāng)運(yùn)動停止時，脈沖激光器發(fā)出激光，并將激光通過激光自動聚焦器件聚焦在檢測區(qū)域上的煤餅表面。6.一種煤質(zhì)激光檢測分析儀器，其特征在于，它包括: 三維運(yùn)動樣品平臺，所述三維運(yùn)動樣品平臺用于移動待測的煤餅，并將煤餅送入檢測區(qū)域； 激光裝置，所述激光裝置設(shè)置在檢測區(qū)域的上方，并且所述激光裝置包括用于發(fā)出激光的脈沖激光器和將激光聚焦在檢測區(qū)域上的煤餅表面的自動聚焦器件； 光譜分析裝置，所述光譜分析裝置包括光譜儀和光譜采集組件，光譜采集組件與光譜儀相連，以便光譜采集組件采集煤餅表面激發(fā)的等離子體所輻射出的帶有相應(yīng)的煤餅信息的光，并將其傳遞給光譜儀； 計算機(jī)，所述光譜儀與所述計算機(jī)相連，以便光譜儀將生成的光譜響應(yīng)信號傳遞給計算機(jī)。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的煤質(zhì)激光檢測分析儀器，其特征在于:它還包括延時信號產(chǎn)生器，脈沖激光器的控制輸入端與所述計算機(jī)相連，所述延時信號產(chǎn)生器的信號輸入端與計算機(jī)相連，所述延時信號產(chǎn)生器的信號輸出端與所述光譜儀相連。8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的煤質(zhì)激光檢測分析儀器，其特征在于:所述自動聚焦器件包括第一反射鏡、第二反射鏡和聚焦透鏡，脈沖激光器發(fā)出的激光正對所述第一反射鏡，第一反射鏡反射出的激光正對所述第二反射鏡，所述第二反射鏡反射出來的激光垂直入射聚焦透鏡，聚焦透鏡折射后的激光聚焦在檢測區(qū)域上的煤餅表面。9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的煤質(zhì)激光檢測分析儀器，其特征在于:所述光譜采集組件包括準(zhǔn)直鏡和光纖，光纖的一端與準(zhǔn)直鏡相連，光纖的另一端與光譜儀相連。
【文檔編號】G01N21/71GK106093011SQ201610548951
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年7月12日
【發(fā)明人】柳宇飛, 郝亮, 曹楊偉, 張軍平, 周涵, 趙之浩, 張常飛, 劉瑞斌
【申請人】寶瑞激光科技（常州）有限公司