本发明专利技术公开了一种基于碰撞声特征的生物质发电燃料颗粒粒径识别系统及方法，包括颗粒随机取样和分散模块、碰撞测量板模块、声学传感器模块、信号采集处理模块、颗粒粒径识别模块、颗粒回收模块、通讯模块、供电模块；颗粒随机取样和分散模块用于从料仓中随机的取出待测颗粒，并将颗粒分散，避免颗粒之间存在粘连；分散后的颗粒经传送带送到碰撞测量板模块，碰撞测量板模块上布置有声学传感器模块，声学传感器模块与信号采集处理模块相通讯，信号采集处理模块与颗粒粒径识别模块相通讯，颗粒粒径识别模块经通讯模块与监控终端相通讯。本发明专利技术采用上述结构的基于碰撞声特征的生物质发电燃料颗粒粒径识别系统，通过生物质燃料颗粒与测量板碰撞，根据碰撞产生的声信号的特征进行分析，识别出生物质燃料颗粒的尺寸，具有装置简单、成本低、识别速度快、识别准确度高的优点。点。点。
【技术实现步骤摘要】
基于碰撞声特征的生物质发电燃料颗粒粒径识别系统及方法
[0001]本专利技术涉及一种生物质发电燃料颗粒粒径识别技术，尤其涉及一种基于碰撞声特征的生物质发电燃料颗粒粒径识别系统及方法。
技术介绍
[0002]生物质材料是一种易于获得和制备的新型发电燃料。与传统的燃烧煤炭发电相比，生物质燃料发电具有碳排放量少、节能环保等优点，在国家节能减排的大背景下，生物质燃料发电具有广阔的应用前景。但是生物质燃料在加工制备的过程中，颗粒尺寸难以精确控制，从而导致制备出的燃料颗粒尺寸存在较大变化的问题。
[0003]生物质燃料颗粒粒径的检测对生物质循环流化床锅炉的燃烧效率、送风供氧量控制、受热面的积灰和磨损都有很大的影响。如果燃料颗粒粒径不能正确检测和识别，将无法得到正确的送风供氧量，继而造成炉内颗粒分布不均、燃烧不充分、燃烧产物中的有害成分增加，这样既影响了锅炉的整体运行效率，也增加了经济成本和环保压力。因此，综合考虑经济成本、燃料效率和节能减排效果，开展生物质燃料颗粒的粒径检测和识别是十分必要的，具有重要的科研意义和工程应用价值。
[0004]现有的生物质发电燃料颗粒粒径识别方法主要包括人工识别法和图像识别法两种。其中，人工识别法具有效率低、识别速度慢的问题；图像识别法通过对生物质颗粒进行拍照和图像处理实现颗粒粒径的识别，这种方法需要检测现场光线明亮(或提供额外补光)，且存在易受颗粒堆叠遮挡影响、镜头易受现场灰尘影响等问题。
技术实现思路
[0005]本专利技术的目的是提供一种基于碰撞声特征的生物质发电燃料颗粒粒径识别系统，通过生物质燃料颗粒与测量板碰撞，根据碰撞产生的能量分析结果识别出生物质燃料颗粒的尺寸，具有装置简单、成本低、识别速度快、识别准确度高的优点。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供了基于碰撞声特征的生物质发电燃料颗粒粒径识别系统，包括：
[0007]颗粒随机取样和分散模块，用于对需要识别的生物质颗粒进行随机取样和分散，避免颗粒之间存在粘连；
[0008]碰撞测量板模块，用于完成生物质颗粒的碰撞发声过程；
[0009]声学传感器模块，用于接收生物质颗粒与所述碰撞测量板模块发生碰撞时的声发射信号；
[0010]信号采集处理模块，用于同步采集声学传感器接收的碰撞声信号，检测碰撞是否发生在有效的碰撞区域，并且判断在检测过程中发生的是单次碰撞还是多次碰撞；若是单次碰撞，则对信号进行保留并且送至颗粒粒径识别模块；若是多次碰撞，则删除该数据；
[0011]颗粒粒径识别模块，用于对碰撞声信号进行特征提取和分析，并根据声特征的声能量和声主频率实现颗粒粒径的识别并且输出识别结果；
[0012]颗粒回收模块，用于回收碰撞检测完成之后的颗粒，并将颗粒送回料仓；
[0013]通讯模块，用于将颗粒识别结果发送给监控终端；
[0014]供电模块，用于为上述模块供电；
[0015]所述颗粒随机采样和分散模块的输出端设置有所述碰撞测量板模块，所述碰撞测量板模块布置有所述声学传感器模块，所述声学传感器模块与所述信号采集处理模块相通讯，所述信号采集处理模块与所述颗粒粒径识别模块相通讯，所述颗粒粒径识别模块经所述通讯模块与所述监控终端相通讯。
[0016]优选的，所述颗粒随机取样和分散模块包括用于从需要识别的生物质燃料仓当中随机抓取部分取样颗粒的机械臂、用于将所述机械臂获取的取样颗粒进行分散的振动器、用于将所述振动器分散后的取样颗粒进行转运的传送带、用于将所述传送带输出颗粒的方向调整为垂直方向的漏斗；
[0017]所述传动带的输出端和漏斗的输入端位于所述碰撞测量板模块的上方且两者间存在设定高度差。
[0018]优选的，所述碰撞测量板模块为质地坚硬的金属板材或玻璃钢板材，所述碰撞测量板模块设置成用以使颗粒碰撞次数最少的倾斜角。
[0019]优选的，所述声学传感器模块的为宽频声发射传感器，采样频率设置为高频，从而完成对碰撞产生的声信号进行宽频带和高精度的采集。
[0020]优选的，所述通讯模块为有线通讯或者无线通讯；
[0021]所述有线通讯包括光纤宽带；
[0022]所述无线通讯包括蓝牙、红外、手机网络通讯。
[0023]优选的，所述监控终端为管理调度中心、控制中心、电脑或者手机APP。
[0024]基于碰撞声特征的生物质发电燃料颗粒粒径识别系统的方法，包括以下步骤：
[0025]S1、利用机械臂从生物质燃料仓中随机取出部分取样颗粒，然后放至振动器进行分散，然后送至传送带的输入端；
[0026]S2、传送带将取样颗粒转运至漏斗，漏斗调整颗粒的下降方向为垂直向下，落料，颗粒自由落体至碰撞测量板模块，由碰撞测量板模块上的声学传感器模块采集生物质颗粒与碰撞测量板模块发生碰撞时的宽频声发射信号，并传送至信号采集处理模块；
[0027]S3、信号采集处理模块同步采集声学传感器模块接收的信号，并且对数据进行处理分析，检测碰撞是否发生在有效碰撞区域，并且判断在检测过程中发生的是单次碰撞还是多次碰撞；若是单次碰撞，则对信号进行保留，同时将单次碰撞的声信号传送至颗粒粒径识别模块；若是多次碰撞，则删除该数据；
[0028]S4、颗粒粒径识别模块对碰撞声信号进行特征提取和分析，根据声学特征实现颗粒粒径的识别，然后判断识别结果是否正确，若正确则经通讯模块将识别结果输出至监控终端。
[0029]优选的，在步骤S4中，假定落料差为h，则根据自由落体计算公式，从高度为h位置下落的生物质颗粒，到达下方碰撞测量板模块时，垂直方向的速度，即碰撞初速度计算公式为：
[0030][0031]其中，g为重力加速度；
[0032]当生物质颗粒与碰撞测量板模块发生碰撞的过程中，即动态接触力F(t)和声压P(t)表示为：
[0033][0034][0035]其中，D和ρ分别为碰撞颗粒的直径和密度，γ为调节系数，β为声压转换系数，ΔA为单位面积；T
c
为碰撞过程的接触时间，其表示为:
[0036][0037]常数K为由下式计算获得：
[0038][0039]其中，E1和E2分别为生物质颗粒与碰撞测量板模块的弹性模量；μ1和μ2分别为生物质颗粒与碰撞测量板模块的泊松比。
[0040]优选的，在步骤S3中，所述碰撞信号的声特征包括声能量E和声主频率f，计算公式如下：
[0041][0042][0043]其中，α为调节系数；
[0044]而后，颗粒粒径识别模块通过计算和比较实际测量的声特征值和理论计算的声特征值是否匹配，如果匹配或者误差小于5％即可判断识别结果准确，并将识别结果上传至监控终端。
[0045]因此，本专利技术采用上述结构具有以下有益效果：
[0046](1)结构简单、易于安装，对现场光线条件没有特殊要求；
[0047](2)安装完成之后不需要人员值守，可以自动完成颗粒粒径识别并且上传识别结果；
[0048]本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于碰撞声特征的生物质发电燃料颗粒粒径识别系统，其特征在于：包括：颗粒随机取样和分散模块，用于对需要识别的生物质颗粒进行随机取样和分散，避免颗粒之间的粘连；碰撞测量板模块，用于完成生物质颗粒的碰撞发声过程；声学传感器模块，用于采集生物质颗粒与所述碰撞测量板模块发生碰撞时的声信号；信号采集处理模块，用于同步采集声学传感器模块接收的信号，并且对数据进行处理分析，检测碰撞是否发生在有效碰撞区域，判断在检测过程中发生的是单次碰撞还是多次碰撞；若是单次碰撞，则对信号进行保留；若是多次碰撞，则删除该数据；颗粒粒径识别模块，用于对碰撞声信号进行特征提取和分析，并根据声特征的声能量和声主频率实现颗粒粒径的识别并且输出识别结果；颗粒回收模块，用于回收碰撞检测完成之后的颗粒，并将颗粒送回料仓；通讯模块，用于将颗粒识别结果发送给监控终端；供电模块，用于为上述模块供电；所述颗粒随机取样和分散模块的输出端设置有所述碰撞测量板模块，所述碰撞测量板模块布置有所述声学传感器模块，所述声学传感器模块与所述信号采集处理模块相通讯，所述信号采集处理模块与所述颗粒粒径识别模块相通讯，所述颗粒粒径识别模块经所述通讯模块与所述监控终端相通讯。2.根据权利要求1所述的基于碰撞声特征的生物质发电燃料颗粒粒径识别系统，其特征在于：所述颗粒随机取样和分散模块包括用于从需要识别的生物质燃料仓当中随机抓取部分取样颗粒的机械臂、用于将所述机械臂获取的取样颗粒进行分散的振动器、用于将所述振动器分散后的取样颗粒进行转运的传送带、用于将所述传送带输出颗粒的方向调整为垂直方向的漏斗；所述传动带的输出端和漏斗的输入端位于所述碰撞测量板模块的上方且两者间存在设定高度差。3.根据权利要求1所述的基于碰撞声特征的生物质发电燃料颗粒粒径识别系统，其特征在于：所述碰撞测量板模块为质地坚硬的金属板材或玻璃钢板材，所述碰撞测量板模块设置成用以使颗粒碰撞次数最少的倾斜角。4.根据权利要求1所述的基于碰撞声特征的生物质发电燃料颗粒粒径识别系统，其特征在于：所述声学传感器模块为宽频声发射传感器，采集频率设置为高频，从而完成对碰撞产生的声信号进行宽频带、高精度的采集。5.根据权利要求1所述的基于碰撞声特征的生物质发电燃料颗粒粒径识别系统，其特征在于：所述通讯模块为有线通讯或者无线通讯；所述有线通讯包括光纤宽带；所述无线通讯包括蓝牙、红外、手机网络通讯...
【专利技术属性】
技术研发人员：崔希望，张昊俣，王雨锋，郭慧楠，于子骏，
申请(专利权)人：北京信息科技大学，
类型：发明
国别省市：
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