【摘 要】
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矿井通风系统中的管道风速监测是煤矿安全生产中不可或缺的重要环节和基础组成部分。管道中一般包含复杂的混合气体和粉尘颗粒,传统的矿井测速仪表存在定时调校,元件易损坏、易被粉尘堵塞等不足,且低风速时出现测量精度和准度下降问题。针对通风管道分布大量粉尘颗粒的特性,本文提出利用颗粒运动模糊图像分析的方法测量矿井管道中的风速。根据颗粒尺寸和待测风速范围等条件,本文设计了CCD工业相机和远心镜头为主的光学系统,
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矿井通风系统中的管道风速监测是煤矿安全生产中不可或缺的重要环节和基础组成部分。管道中一般包含复杂的混合气体和粉尘颗粒,传统的矿井测速仪表存在定时调校,元件易损坏、易被粉尘堵塞等不足,且低风速时出现测量精度和准度下降问题。针对通风管道分布大量粉尘颗粒的特性,本文提出利用颗粒运动模糊图像分析的方法测量矿井管道中的风速。根据颗粒尺寸和待测风速范围等条件,本文设计了CCD工业相机和远心镜头为主的光学系统,可分辨低至10μm的颗粒。相机曝光时间在1μs-1s间可调,与可控光照强度的光源配合,自动调节颗粒的模糊长度,从而采集不同速度范围内合适的颗粒运动模糊图像。根据粒子模糊图像特点,设计了图像处理算法和流速测量方法。经过图像预处理,运动颗粒识别与分割步骤后获得基本粒子图像,然后采用基于统计直方图或Kmeans聚类的方法筛选目标颗粒,提取出目标颗粒对应亚像素运动尺度,最后结合采用的曝光时间计算气流平均速度。出于测量系统的实时图像处理计算和控制需求的考虑,本文选择以RK3399处理器为内核的高性能嵌入式开发板作为系统控制和计算中心,并设计Qt平台测速应用软件,结合Open Cv开源图像处理库实现了测速流程控制,气流速度计算,结果显示等功能。设计并搭建两种实验平台,完成了测量系统标定实验和管道风速测量模拟试验。通过实验验证了方案在原理和理论上的正确性并完善测量系统的相关功能。理论上系统测量风速范围为0-30m/s,实验结果表明,在一定速度范围内系统精度达到0.1m/s,较低速下可达到0.05m/s。
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