一种煤炭激光加热煤质检测系统及检测方法技术方案

本发明专利技术公开了一种煤炭激光加热煤质检测系统，包括封闭的外壳、激光光源单元、测温单元、控制单元和排风扇，所述激光光源单元包括依次设置的半导体激光器阵列、第一光束整形镜、光场匀化镜、第二光束整形镜和防护镜，激光光源单元的底侧设置有加热器皿，加热器皿的底部设置有称重单元；所述测温单元对准加热器皿监测温度，所述控制单元与测温单元、激光光源单元、称重单元和排风扇相电连接，所述排风扇设置在外壳的出风口处。本发明专利技术旨在提供一种能够提高检测速度，保证测量结果稳定准确，测量方式简便的煤质检测系统及方法。方式简便的煤质检测系统及方法。方式简便的煤质检测系统及方法。

【技术实现步骤摘要】
一种煤炭激光加热煤质检测系统及检测方法


[0001]本专利技术涉及激光应用
，尤其涉及一种煤炭激光加热煤质检测系统及检测方法。

技术介绍

[0002]灰分是煤炭的重要指标，是煤炭产品加工过程的依据，也是煤炭贸易中计价的主要指标。传统的煤炭灰分测定方式主要是马弗炉，使用马弗炉测得煤炭的灰分时间需要2个小时，用这个值来调节煤炭生产过程中的工艺参数则存在非常明显滞后，甚至会导致这2个小时内生产的产品煤指标超标。因此如何能够快速进行煤炭灰分测定一直是业界亟待解决的重要问题。随着技术的进步，业内出现了几种快速灰分测量方法。一是双能量伽玛射线透射方案，原理是利用不同能级的γ射线的衰减系数随物质的原子序数变化不同的特性，可以用来反映灰分的含量大小。二是通过测量穿过煤层的X射线强度，以及煤炭被照射后激发的荧光来测定煤炭灰分。三是通过激光照射煤炭进行诱导，检测煤炭发出的光谱进而测定煤炭灰分。但是这几种间接测量方法在实际使用过程中均存在不同煤质精度差异巨大、测量结果漂移、需要定期标定等问题。因此，现亟需一种能够提高检测速度，保证测量结果稳定准确，测量方式简便的煤质检测系统及方法。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于克服上述现有技术中的不足，旨在提供一种能够提高检测速度，保证测量结果稳定准确，测量方式简便的煤质检测系统及方法。
[0004]为达到上述目的，本专利技术是通过下述技术方案予以实现的：
[0005]一种煤炭激光加热煤质检测系统，其特征在于：包括封闭的外壳、激光光源单元、测温单元、控制单元和排风扇，所述激光光源单元包括依次设置的半导体激光器阵列、第一光束整形镜、光场匀化镜、第二光束整形镜和防护镜，激光光源单元的底侧设置有加热器皿，加热器皿的底部设置有称重单元；所述测温单元对准加热器皿监测温度，所述控制单元与测温单元、激光光源单元、称重单元和排风扇相电连接，所述排风扇设置在外壳的出风口处。
[0006]进一步的，所述半导体激光器阵列由多个独立的连续发光型半导体激光器构成，半导体激光器为垂直腔体表面发射激光型，激光波长介于900nm到1064nm之间。
[0007]进一步的，所述测温单元由红外热成像传感器构成。
[0008]进一步的，所述加热器皿由灰皿或石英构成。
[0009]进一步的，所述称重单元由万分之一天平构成。
[0010]一种煤炭激光加热煤质检测方法，基于权利要求1
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5任一项所述的一种煤炭激光加热煤质检测系统，步骤如下：
[0011](1)将待测煤样放置于加热器皿内，由激光光源单元发出激光在待测煤样平面形成能够完全覆盖煤样的光斑，通过称重单元称取待测煤样的质量m，通过控制单元实时调整
控制排风扇的排气量，确保待测煤样加热过程中产生的气体被及时排出；
[0012](2)通过控制单元调整激光光源单元的功率，并由测温单元实时读取待测煤样的温度，确保煤样温度在T1时间内升温到100℃，并在T2时间内维持煤样温度为100℃保持不变；
[0013](3)调整激光光源单元的功率，并由测温单元实时读取待测煤样的温度，确保煤样温度在T3时间内升温到500℃，并在T4时间内维持煤样温度为500℃保持不变；
[0014](4)调整激光光源单元的功率，并由测温单元实时读取待测煤样的温度，确保煤样温度在T5时间内升温到815℃，并在T6时间内维持煤样温度为815℃保持不变；
[0015](5)关闭激光光源单元，在T7时间结束后关闭排风扇，在T8时间后通过称重单元读取被加热后的待测煤样质量m1；
[0016](6)通过公式(m1/m)*100计算出煤样灰分值，并通过公式T1+T2+T3+T4+T5+T6+T7+T8计算出整个加热过程总时间。
[0017]相对于现有技术，本专利技术具有以下有益效果：
[0018]本专利技术通过激光光源单元的半导体激光器阵列发出的激光束经过整形、匀化和扩束形成能量均匀分布光斑，照射在被加热物体上对其进行加热。通过控制单元调整激光功率并保证被加热物体在特定温度时维持特定时长，以保证被加热物体维持不同的物理和化学特性，进而获得精确的物体加热前后的重量差异。激光光源单元的组成简单，加热效率高，加热速度快，温度控制稳定可靠，可重复性高。尤其适合对煤样进行加热以测定其所含的灰分，与采用传统马弗炉方法相比大幅减少了检测时间，与伽马射线、X光射线及激光诱导等间接方法相比大幅提高了煤种适应性、检测精度和可靠性。
附图说明
[0019]图1为本专利技术的系统结构示意图；
[0020]图2为本专利技术中激光光源单元的结构示意图。
[0021]附图标记：
[0022]1‑
激光光源单元，2
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测温单元，3
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称重单元，4
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排风扇，5
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控制单元，11
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待测煤样，12
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激光光束，13
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加热器皿，101
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半导体激光器阵列，102
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第一光束整形镜，103
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光场匀化镜，104
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第二光束整形镜，105
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防护镜。
具体实施方式
[0023]下面将参考附图并结合实施例来详细说明本专利技术。
[0024]如图1和图2所示，一种煤炭激光加热煤质检测系统，包括封闭的外壳、激光光源单元1、测温单元2、控制单元5和排风扇4，所述激光光源单元1包括依次设置的半导体激光器阵列101、第一光束整形镜102、光场匀化镜103、第二光束整形镜104和防护镜105，激光光源单元1的底侧设置有加热器皿13，加热器皿13的底部设置有称重单元3；所述测温单元2对准加热器皿13监测温度，所述控制单元5与测温单元2、激光光源单元1、称重单元3和排风扇4相电连接，所述排风扇4设置在外壳的出风口处。
[0025]其中，所述半导体激光器阵列101由10*10个独立的连续发光型半导体激光器构成，半导体激光器为垂直腔体表面发射激光型，激光波长介于900nm到1064nm之间，本实施
例中激光波长为940nm，发射功率为8瓦。对于半导体激光器阵列101发出的激光，第一光束整形镜102对半导体激光器阵列101发出的激光进行准直；光场匀化镜103对第一光束整形镜102输出的激光进行匀化；第二光束整形镜102对光场匀化镜104输出的激光进行扩束，输出的激光光斑大小大于22mm*45mm，防护镜105用于隔离，防止飞溅或者烟雾污染。
[0026]其中，所述测温单元2由红外热成像传感器构成，可通过非接触的方式测得待测煤样11的温度。
[0027]其中，所述加热器皿13由灰皿或石英构成，能够耐受高温检测过程。
[0028]其中，所述称重单元3由万分之一天平构成，测量精确度达到0.2mg，能够称取煤样被激光加热前的重量以及煤样被加热之后的重量。
[00本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种煤炭激光加热煤质检测系统，其特征在于：包括封闭的外壳、激光光源单元(1)、测温单元(2)、控制单元(5)和排风扇(4)，所述激光光源单元(1)包括依次设置的半导体激光器阵列(101)、第一光束整形镜(102)、光场匀化镜(103)、第二光束整形镜(104)和防护镜(105)，激光光源单元(1)的底侧设置有加热器皿(13)，加热器皿(13)的底部设置有称重单元(3)；所述测温单元(2)对准加热器皿(13)监测温度，所述控制单元(5)与测温单元(2)、激光光源单元(1)、称重单元(3)和排风扇(4)相电连接，所述排风扇(4)设置在外壳的出风口处。2.根据权利要求1所述的一种煤炭激光加热煤质检测系统，其特征在于：所述半导体激光器阵列(101)由多个独立的连续发光型半导体激光器构成，半导体激光器为垂直腔体表面发射激光型，激光波长介于900nm到1064nm之间。3.根据权利要求1所述的一种煤炭激光加热煤质检测系统，其特征在于：所述测温单元(2)由红外热成像传感器构成。4.根据权利要求1所述的一种煤炭激光加热煤质检测系统，其特征在于：所述加热器皿(13)由灰皿或石英构成。5.根据权利要求1所述的一种煤炭激光加热煤质检测系统，其特征在于：所述称重单元(3)由万分之一天平构成。6.一种煤炭激光加热煤质检测方法，基于权利要求1
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【专利技术属性】
技术研发人员：王风华，
申请(专利权)人：天津普威迪科技有限公司，
类型：发明
国别省市：