[发明专利]散货煤堆表层水分远距离测量系统

说明书

技术领域

本发明涉及煤炭领域，具体涉及煤炭水分测量技术。

背景技术

目前，国内外物料含水量测量主要有直接法和间接法两大类。①直接法主要是通过干燥法或化学方法，直接去除或者提取样品中的水分，检测出物料的绝对含水量，该方法测量时间较长，过程中会有人为误差，且不能对水分进行在线测量，不能实现对物料含水量的实时测量。②间接测量法就是通过检测与物料含水量有关的电量或者非电量等物理量变化来确定含水量的检测方法，如检测物料的电导率、磁导率、介电常数、光谱等参数，通过相应算法建立物料含水量与物料介质特性等参量的函数关系，从而获得物料含水量的检测结果，常用的主要有电阻（导）法、电容法、中子法、红外法和微波法等；虽然上述各方法各有优点，但也有其各自的局限性，其中红外法、微波法测量时不与被测物料接触，具有响应速度很快、安全、不受物料特性影响等优点，已得到了较为广泛的应用。

红外法又称红外线吸收法，此法是利用物料对红外线特征吸收光谱的吸收量随物料含水量而变的原理来检测物料含水量。物料随含水量的不同，对特定波长红外线辐射能量的吸收能力也不同，只要以红外光源照射被测物料，用透射法或反射法测得吸光度便能完成物料含水量的测定。但红外法测量结果受环境光学特性影响较大，一般理想的测量距离在1m内，不适宜距离较远的探测，目前所使用的红外水份仪可以测量煤炭这一物质的含水量，在技术上无法实现测量堆场中煤炭料堆表层的含水量。

微波法是利用微波（高频电磁波）通过空间辐射或穿过介质内部的方式进行测量的一种技术，具体是利用微波的穿透性以及水对微波能量的损耗变量，来测出通过物质后的功率衰减、相位变化、谐振频率等物理量，从而间接测得该物质中的含水量值，一般用于测量全物料的含水量，其测量范围宽、精度高、可靠性好、抗干扰能力强、便于实现在线实时测量。但该技术仍无法实现测量堆场中煤炭料堆表层的含水量。

我国港口煤炭散货堆场大多为露天堆存，堆场中的煤堆会因含水量的减少以及天气等原因产生粉尘污染和煤炭自燃等危害，长久以来各企业只能凭人为的经验采取对煤堆定期喷洒水的方法来进行现场管理，未见有任何针对露天煤堆水份的测量、监测手段，到目前为止市场上也没有相应的测量设备或仪器可供选用，造成港口企业在安全、环保、节能等方面的管理效用性较差，其安全、环保的效果不尽人如意。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种散货煤堆表层水分远距离测量系统，以解决上述技术问题。

本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：

散货煤堆表层水分远距离测量系统，其特征在于，通过向煤堆同时发射两个波长的激光，同时探测煤层表面对这两个不同波长激光的散射信号强度，利用液态水对不同频率激光吸收程度的差异，来远距离探测煤堆表层的水分含量。

所述散货煤堆表层水分远距离测量系统包括激光发射模块和激光接收模块；

所述激光发射模块包括一强吸收激光器和一弱吸收激光器，所述强吸收激光器发射强吸收激光，所述弱吸收激光器发射弱吸收激光，强吸收激光器和弱吸收激光器经光纤合束器合束后，一路信号用于发射激光能量监测，一路信号经过准直透镜组发射至煤堆；

激光接收模块接收煤堆反射的回波信号。

强吸收激光器、弱吸收激光器分别连接有一个激光器控制器，连接所述强吸收激光器的为第一激光控制器，连接所述弱吸收激光器的为第二激光控制器；

且两个激光器控制器各连接有一个强度调制电路，连接所述第一激光控制器的为第一强度调制电路，连接所述第二激光控制器的为第二强度调制电路，所述强度调制电路是一用于加入正弦波调制的强度调制电路。环境温度的变化会直接影响激光器发射激光的波长，使用激光控制器能限制激光器本机的温度，能增加激光器的灵敏度，也能增加激光器的耐久性。此外，可通过强度调制电路对发射激光进行强度调制。

强吸收激光器、弱吸收激光器均采用DFB激光器。使用DFB激光器能提升光谱纯度，提升系统的稳定性。

激光接收模块设有两个探测器，以其中一个用于接收煤堆反射的回波信号作为探测器，另一个用于接收激光能量监测信号，以用于接收激光能量监测信号的探测器作为参考探测器，两个探测器的探测信号经双通道A/D转换器转换后，送至工控机，所述工控机连接两个激光控制器。双通道A/D转换器可以同时接收所述参考探测器和所述探测器的激光检测信号，实现模拟信号到数字信号的转换，所述工控机接收所述双通道A/D转换器的信号并处理，计算煤堆表层的含水量，并控制并调整激光控制器的工作情况。