專利名稱：片狀固體物料流量測算的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及動態(tài)物料流量測算的技術(shù)方法，具體是一種片狀固體物料流量測 算的方法。特別適用于片狀固體物料如煙片在矩形管道氣力輸送過程中流量的測 算。
背景技術(shù)：
固體物料經(jīng)常需要進(jìn)行氣力輸送，如巻煙廠的煙片、煙絲等。傳統(tǒng)氣力輸送 是在一個圓形截面的管道中進(jìn)行的。已公開的申請?zhí)枮?00710019787.6和 200710019789.5的兩份專利申請文件中，都公布了新的氣力輸送方法，即將物 料提升到一定高度后，用矩形水平沉降管將被輸送物料減速前行，在減速前行的 過程中使物料向下部沉降。在很多情況下需要知道被輸送固體物料的流量，而在 輸送過程的動態(tài)情況下，固體物料的流量難以測量，通常采用的方法是在輸送前 或輸送后用電子稱對物料進(jìn)行稱重計量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的正是針對上述現(xiàn)有問題而提供一種片狀固體物料在氣力輸送 過程中流量測算的方法。
本發(fā)明的另一目的是提供一種在氣力輸送過程中流量測算的裝置。
本發(fā)明的技術(shù)方案是 一種片狀固體物料流量測算的方法，其特征是利用片
狀固體物料在矩形管道氣力輸送過程中進(jìn)行；首先，片狀固體物料在矩形水平沉
降管(2)內(nèi)在自重的作用下進(jìn)行重力沉降，在水平沉降管道(2)的底部形成了 均勻的物料流"在氣水平沉降管的前端安裝有圖像采集管(3)，在圖像采集管(3) 上部或下部安裝有用于采集圖像信號的高速攝像機(jī)(4)和為高速攝像機(jī)提供照 明的光源(5);當(dāng)水平沉降管底部形成的均勻的物料流在氣流的帶動下進(jìn)入圖像 采集管(3)后，高速攝像機(jī)(4)攝取物料流圖像信號，根據(jù)采集的固體物料流 的面積、形狀、色澤、流速和形狀結(jié)構(gòu)信息，計算出物料流的流量數(shù)據(jù)，并且判 斷出物料流中是否存在異物。 計算方法和公式如下
1)先計算單位時間內(nèi)通過管道的片狀物料的體積v體積，
式中S,是單位時間內(nèi)通過管道的片狀物料總面積； . h^為片狀固體物料厚度；
2) 再計算單位時間T內(nèi)通過管道的物料的重量
G瞬時=V體積u
式中G,為單位時間T內(nèi)通過管道的物料的重量； "物料的比重；
3) 再計算瞬時流量
v瞬時^G瞬時/T
式中V^是瞬時流量；
4) 最后計算出一個時間段內(nèi)的累計流量
△G=v瞬時AT
式中AG是一個時間段內(nèi)累計流量；
AT是一個時間段。
一種用于片狀固體物料流量測算的裝置，包括用于氣力輸送的輸送管道，和 輸送管道連接的截面為矩形的水平沉降管，其特征是在水平沉降管的前端安裝有 圖像采集管，在圖像采集管上部或下部安裝有用于采集圖像信號的高速攝像機(jī)和
為高速攝像機(jī)提供照明的光源；高速攝像機(jī)通過圖像采集卡與數(shù)據(jù)處理器連接將
攝取的物料流圖像信號送入數(shù)據(jù)處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和計算。 本發(fā)明的有益效果是是結(jié)構(gòu)簡單，使用方便。


圖l是本發(fā)明的原理示意圖2是本發(fā)明中水平沉降管的橫斷面圖;'i
圖3是本發(fā)明裝置又一個實(shí)施例的示意圖。
圖中1、輸送管道，2、水平沉降管，3、圖像采集管，4、攝像機(jī)，5、照 明光源，6、處理器，7、輸送管，8、異物處理執(zhí)行機(jī)構(gòu)(高速電磁閥組)，9、 異物收集箱。
具體實(shí)施方式
以下將結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
如圖1所示，本發(fā)明采用的方法是當(dāng)片狀固體物料在輸送管道1內(nèi)高速運(yùn) 動時，形成氣流與片狀固體物料的混合氣體，當(dāng)該混合氣體沿輸送管道1進(jìn)入矩 形橫截面的水平沉降管2后，首先，片狀固體物料在自重的作用下進(jìn)行動態(tài)水平 沉降，通過一段距離的水平沉降，大部分片狀固體物料趨向水平沉降管道2的底 部，而后，片狀固體物料在氣流的帶動下沿水平沉降管道2的底部前行，這樣在
水平沉降管2底部形成了均勻的物料流。在水平沉降管的前端連接一圖像采集管 3，圖像采集管3的橫截面與水平沉降管道2相同，均為矩形管，在圖像采集管 3的上部或下部的全部或局部區(qū)域采用透明材料(6mm厚的鋼化玻璃)制作。當(dāng)水 平沉降管2底部形成的均勻的物料流，在氣流的帶動下進(jìn)入圖像采集管3后，在 采集管3上部或下部用光源5為攝像機(jī)提供照明，攝像機(jī)4采用高速攝像機(jī)對物 料流攝像，采集圖像信號，并將信號通過圖像采集卡送入處理器6，處理器6根 據(jù)這些信號可以得出固體物料的面積、形狀、色澤、速度等信息，再對這些信息 進(jìn)行加工，便可計算出物料流的流速、流量、形狀結(jié)構(gòu)、顏色等數(shù)據(jù)，并且可以 判斷出物料流中是否存在異物，通過輸出卡給出控制信號，對所需進(jìn)行控制的設(shè) 備進(jìn)行控制。中央處理器6采用PLC或計算機(jī)。
所述高速攝像機(jī)采集的圖像信息通過有線或無線網(wǎng)絡(luò)與中央處理器傳輸數(shù)據(jù)。
本發(fā)明利用高速彩色攝像機(jī)取得在管道內(nèi)運(yùn)行的物料圖像，通過圖像采集卡 傳輸?shù)接嬎銠C(jī)內(nèi)，用計算機(jī)對獲取的圖像進(jìn)行算法處理。通過計算機(jī)對管道中物 料的顏色和數(shù)據(jù)庫中正常物料顏色的比對，區(qū)分出正常物料和雜質(zhì)，在盡量短的 時間內(nèi)(一般為30ms),把控制信號通過輸出卡傳給控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)。
其具體流程如下-
圖像采集(光源、鏡頭、高速相機(jī))一圖像信號傳輸(利用圖像采集卡把采
集到的光學(xué)信號數(shù)字化傳入計算機(jī))一圖像特征提取和處理(用算法進(jìn)行圖像處
理，提取所需圖像檢測特征，取得所需數(shù)據(jù))一判斷和控制(根據(jù)圖像處理的結(jié)
果進(jìn)行大小片比率、面積、瞬時流量、累計流量等計算，利用計算結(jié)果進(jìn)行控制)。 如圖2所示，水平沉降管2是內(nèi)壁光滑的矩形截面管道，水平沉降管道2的
高度H —般在200 400mm，水平沉降管道2的寬度B根據(jù)輸送固體物料流量
的大小決定，水平沉降管道2的長度L是高度H的15倍以上。片狀固體物料在水平沉降管道2的運(yùn)行速度為10 15米/秒。
圖1同時又是本發(fā)明的管道流量測算裝置的一個實(shí)施例的示意圖。下面結(jié)合 實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)描述。
圖1所示的管道流量測算裝置由輸送管道1、水平沉降管2、圖像采集管3、 高速攝像機(jī)4、光源5、處理器6、輸送管道7組成，該裝置用于巻煙廠，在煙 片氣力輸送過程中對煙片的流量及片形結(jié)構(gòu)進(jìn)行測算。
如圖1所示，煙片被送入輸送管道后在氣流的帶動下在1輸送管道1內(nèi)高速 運(yùn)動，沿輸送管道1進(jìn)入矩形橫截面的水平沉降管2，水平沉降管道2內(nèi)保持10 15米/秒的風(fēng)速，煙片在水平沉降管2內(nèi)在自重的作用下進(jìn)行動態(tài)水平沉降。由 于煙片的面積大、厚度小，經(jīng)過充分沉降后的煙片始終保持與氣流平行的姿態(tài)沿 水平沉降管道2的底部前行，即大面朝上，并且大部分互不重疊，形成了均勻穩(wěn) 定的煙片流。
水平沉降管的前端是圖像采集管3，由于圖像采集管3的橫截面與水平沉降 管道2相同，均為矩形管，且面積相同，煙片進(jìn)入圖像采集管3后依然能夠保持 均勻穩(wěn)定的煙片流。高速攝像機(jī)4對煙片流攝像，采集圖像信號，并將信號通過 圖像采集卡送入數(shù)據(jù)處理器6，數(shù)據(jù)處理器6根據(jù)這些信號得出某一時刻煙片流 中煙片的面積、形狀、顏色信息，再對這些信息進(jìn)行處理加工。首先，通過對該 時刻全部煙片的面積大小的信息采集，根據(jù)煙片的比重，再進(jìn)行適當(dāng)?shù)男拚?，?可計算出煙片的瞬時流量，在輸送過程中定時取樣，便可計算出煙片的累計流量； 第二，通過對逐個煙片的面積大小的信息采集，對不同面積大小的煙片分級統(tǒng)計， 便可計算出煙片的大小片的比例。這樣就完成了對煙片的動態(tài)流量測算和動態(tài)結(jié) 構(gòu)測算。
煙片經(jīng)過圖像采集管3完成圖像采集后，由輸送管道7繼續(xù)輸送，直至目的地。
如圖3所示的管道流量測算裝置增加了異物剔除功能，該裝置用于巻煙廠， 在煙片氣力輸送過程中對煙片的流量及片形結(jié)構(gòu)進(jìn)行測算并進(jìn)行異物剔除。
圖3所示的增加了異物剔除功能的管道流量測算裝置由輸送管道1、水平沉 降管2、圖像采集管3、高速攝像機(jī)4、光源5、數(shù)據(jù)處理器6、輸送管道7組成。 圖像采集管3增加了異物處理執(zhí)行機(jī)構(gòu)(高速電磁閥組)8、異物收集箱9，其
中異物處理執(zhí)行機(jī)構(gòu)(高速電磁閥組)8由沿圖像采集管3的橫截面方向密集排 成陣列的高速電磁閥組成。
在巻煙產(chǎn)生過程中，必須盡可能地將煙草中的異物包括紙片、塑料片等異物 剔除。在大部分情況下，紙片、塑料片等異物的色澤與形狀與煙草物質(zhì)有明顯區(qū) 別，當(dāng)異物隨煙片進(jìn)入圖像采集管3后，高速攝像機(jī)4對煙片流攝像，數(shù)據(jù)處理 器6在完成煙片的動態(tài)流量測算和動態(tài)結(jié)構(gòu)測算的同時，可以完成對色澤差異的 判別，并對異物進(jìn)行定位，指揮異物處理執(zhí)行機(jī)構(gòu)(高速電磁閥組)8中相對應(yīng) 的一個或若干個電磁閥在異物經(jīng)過電磁閥下方時打開，用高速氣流將異物與煙片 流分離，進(jìn)入異物收集箱9，完成了異物剔除。
權(quán)利要求
1、一種片狀固體物料流量測算的方法，其特征是利用片狀固體物料在矩形管道氣力輸送過程中進(jìn)行；首先，片狀固體物料在矩形水平沉降管(2)內(nèi)在自重的作用下進(jìn)行重力沉降，在水平沉降管道(2)的底部形成了均勻的物料流，在氣水平沉降管的前端安裝有圖像采集管(3)，在圖像采集管(3)上部或下部安裝有用于采集圖像信號的高速攝像機(jī)(4)和為高速攝像機(jī)提供照明的光源(5)；當(dāng)水平沉降管底部形成的均勻的物料流在氣流的帶動下進(jìn)入圖像采集管(3)后，高速攝像機(jī)(4)攝取物料流圖像信號，根據(jù)采集的固體物料流的面積、形狀、色澤、流速和形狀結(jié)構(gòu)信息，計算出物料流的流量數(shù)據(jù)，并且判斷出物料流中是否存在異物。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種片狀固體物料流量測算的方法，其特征是固 體物料流量的計算方法和公式如下1) 先計算單位時間內(nèi)通過管道的片狀物料的體積V體積V體積=S面積h厚 式中S面積是單位時間內(nèi)通過管道的片狀物料總面積； h厚為片狀固體物料厚度；2) 再計算單位時間T內(nèi)通過管道的物料的重量G瞬時=V體積u式中G pw為單位時間T內(nèi)通過管道的物料的重量； u物料的比重；3) 再計算瞬時流量v瞬時二G瞬時/T 式中v,是瞬時流量；4) 最后計算出一個時間段內(nèi)的累計流量△G=v瞬時AT 式中AG是一個時間段內(nèi)累計流量； △T是一個時間段。
3、 一種用于權(quán)利要求1片狀固體物料流量測算的裝置，包括用于氣力輸送 的輸送管道(l)和輸送管道(l)連接的截面為矩形的水平沉降管(2)，其特征是在水平沉降管的前端安裝有圖像采集管(3)，在圖像采集管上部或下部安裝有用于 采集圖像信號的高速攝像機(jī)(4)和為高速攝像機(jī)提供照明的光源(5);高速攝像機(jī)通過圖像采集卡與中央處理器連接將攝取的物料流圖像信號送入中央處理 器進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和計算。
4、根據(jù)權(quán)利要求3所述的片狀固體物料流量測算的裝置，其特征是所述圖 像采集管是形狀和橫截面積與水平沉降管相同的管子。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的片狀固體物料流量測算的裝置，其特征是所 述圖像采集管為全透明管，或在圖像采集管上設(shè)有用于采集圖像的透明窗。
6、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的片狀固體物料流量測算的裝置，其特征是所述高速攝像機(jī)通過無線網(wǎng)絡(luò)與中央處理器傳輸數(shù)據(jù)。
7、 一種用于權(quán)利要求l片狀固體物料流量測算的裝置，包括用于氣力輸送的輸送管道(l)，和輸送管道(l)連接的截面為矩形的水平沉降管(2)，其特征是 在水平沉降管的前端安裝有圖像采集管(3)，在圖像采集管上部或下部安裝有用 于采集圖像信號的高速攝像機(jī)(4)、為高速攝像機(jī)提供照明的光源(5)、異物處 理執(zhí)行機(jī)構(gòu)8和異物收集箱9,其中異物處理執(zhí)行機(jī)構(gòu)8由沿圖像采集管3的橫 截面方向密集排成陣列的高速電磁閥組成；高速攝像機(jī)通過圖像采集卡與數(shù)據(jù)處 理器連接將攝取的物料流圖像信號送入數(shù)據(jù)處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和計算；計算結(jié) 果中如出現(xiàn)異物，則將控制信號通過輸出卡傳輸給異物處理執(zhí)行機(jī)構(gòu)8進(jìn)行處 理。
全文摘要
本發(fā)明涉及動態(tài)物料流量測算方法，具體是一種片狀固體物料流量測算的方法。利用片狀固體物料在矩形管道氣力輸送過程中進(jìn)行；首先，片狀固體物料在矩形水平沉降管內(nèi)在自重的作用下進(jìn)行水平重力沉降，在水平沉降管道的底部形成了均勻的物料流，在利用安裝在水平沉降管前端的圖像采集管上部或下部的高速攝像機(jī)采集圖像信號，當(dāng)水平沉降管底部形成的均勻的物料流在氣流的帶動下進(jìn)入圖像采集管后，高速攝像機(jī)攝取物料流圖像信號，根據(jù)采集到的信號得出固體物料的面積、形狀、色澤、流速和形狀結(jié)構(gòu)信息，再計算出物料流的流量數(shù)據(jù)，并且判斷出物料流中是否存在異物，可進(jìn)一步對異物進(jìn)行處理。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，使用方便。
文檔編號G01F1/76GK101344414SQ200810021199
公開日2009年1月14日 申請日期2008年8月19日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月19日
發(fā)明者何仲昆, 張勤君, 張永平, 明 滕, 王瑞珍, 王迎彬, 邢慧堂, 聰 陳 申請人:王訓(xùn)明