[發明專利]基于圖像的礦井粉塵測量系統

在審

• 申請號: 201911008542.2
• 申請日: 2019-10-22
• 公開（公告）號: CN110567853A
• 公開（公告）日: 2019-12-13
• 發明（設計）人: 孫繼平
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學(北京)
• 主分類號: G01N15/06
• 分類號: G01N15/06;B08B5/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提供了一種基于圖像的礦井粉塵測量系統，所述系統主要包括光源、圖像采集設備和控制設備，采用開放氣室，不需抽氣泵和粉塵處理設備，圖像采集設備采集光源圖像，直接通過圖像處理完成粉塵檢測，所述系統結構簡單，便于安裝維護；本發明還提出了自動清洗鏡頭罩和光源罩的方法，清除圖像采集設備與光源之間的粉塵的方法，系統調零方法，系統靈敏度標定等方法，進一步保障了系統監測數據的準確性，特別適用于井下多塵環境，具有廣闊的應用空間。

技術領域

本發明涉及一種基于圖像的礦井粉塵測量系統，該系統涉及數字圖像處理技術、自動控制技術和數據處理技術等領域。

背景技術

煤炭是我國主要能源，約占一次能源70％。煤炭行業是高危行業，瓦斯、水災、火災、頂板、煤塵等事故困擾著煤礦安全生產，其中煤塵爆炸事故破壞大、人員死亡高，所以礦井粉塵監測是煤礦安全生產的重要保障，也是塵肺病防治的重要措施。目前礦井粉塵監測技術主要包括：摩擦靜電法、光散射法、光吸收法、電容法、β射線法、超聲波法、微波法。電容法的測量原理簡單，但電容測量值與濃度之間并非一一對應的線性關系，電容的測量值易受相分布及流型變化的影響，導致較大的測量誤差。β射線法雖然測量準確，但需要對粉塵進行采樣后對比測量，很難實現粉塵濃度的在線監測。超聲波法、微波法測量粉塵濃度還處于試驗研究階段，市場上成型產品較少。目前市場上主要采用光散射法、光吸收法、摩擦電法進行粉塵濃度在線監測。光散射法和光吸收法需通過抽氣泵采集含粉塵的空氣、并對空氣中的粉塵顆粒進行處理后灌入封閉氣室，在氣室內進行檢測，設備結構復雜，使用和維護成本高。摩擦電法受風速影響大。為保證準確可靠地對礦井粉塵進行監測，需要新的結構簡單，使用和維護成本低、檢測準確的新的礦井粉塵監測技術。

發明內容

隨著數字圖像處理技術的提高，使基于圖像的數據處理技術得到很大的發展，在此基礎上，本發明提出了一種適合廣泛推廣的基于圖像的礦井粉塵測量系統，所述系統包括光源、圖像采集設備和控制設備；在礦井巷道的兩側巷幫分別設置光源和圖像采集設備，光源照向圖像采集設備；控制設備控制光源發光和圖像采集設備采集光源圖像，并對圖像進行處理，根據圖像中光源亮度進行粉塵測量；所述光源包括紅、綠和藍色發光元件，可受控獨立發光或同時發光；所述圖像采集設備包括透明鏡頭罩，所述光源包括透明光源罩，間隔設定時間由控制設備自動控制或人工控制清洗鏡頭罩和光源罩；所述系統測量粉塵的過程為：

(1)測量光源與圖像采集設備之間的距離；

(2)關閉圖像采集設備的自動白平衡功能，將焦距與光圈固定；

(3)人工或自動對系統進行調零；

(4)人工或自動對系統進行靈敏度標定；

(5)控制設備控制光源發光，同時控制設備控制圖像采集設備采集包含光源的圖像；對圖像采集設備采集光源圖像的光傳輸路徑簡稱光路是否存在干擾進行測定，如測定存在光路干擾則重復執行圖像采集和光路干擾測定，如測定無光路干擾則執行步驟(6)；

(6)根據圖像中光源亮度值測量粉塵濃度；

(7)重復步驟(5)和步驟(6)進行圖像采集、光路干擾測定和粉塵濃度測量，當系統運行時間到達設定間隔時間，則返回執行步驟(1)及其以下步驟。

1.所述礦井粉塵測量系統對系統進行調零的方法具體步驟為，

(1)清洗鏡頭罩和光源罩；

(2)采用高壓無粉塵氣體清除圖像采集設備與光源之間的粉塵；

(3)控制設備控制光源發光，同時控制設備控制圖像采集設備采集包含光源的圖像，對圖像進行處理，獲得圖像中各單色光源的亮度值，對圖像采集設備采集光源圖像的光傳輸路徑簡稱光路是否存在干擾進行測定，如測定存在光路干擾則重復執行圖像采集和光路干擾測定，如測定無光路干擾則執行步驟(4)；