露天煤场存煤量自动计量装置的研制及应用

　　1　引　　言

　　燃煤电厂露天煤场存煤量的计量是目前尚未解决的重大技术难题。基于激光摄像技术的旋转式自动盘煤装置正是为解决这一工程实际问题而研制的。该装置适用于露天煤场存煤量的计量,对煤场的形状及大小无严格要求,适用性广,测量速度快,操作过程简单,有广泛的应用前景。可以推广到露天大面积堆积物料的体积测量中。

　　2　激光摄像盘煤装置的设计原理

　　2.1　基于主动三角形法的定点测距成像

　　CCD与激光器刚性连接在同一水平位置上如图1所示,A是激光器光束在物体上形成的光斑,A*是A在CCD所成的像点。设CCD与激光器二者间的距离为B,f是镜头的焦距,y是像点的像距且经CCD接收,通过图像处理软件可从计算机读出,基于光学成像的相似三角形原理得B/s=y/f,即由s=Bf/y算出光斑到CCD的距离s(即物距)。

　　2.2　基于极坐标系的定点扫描

　　选择二维转台作为旋转驱动装置。将CCD与激光器水平固定在转台的台面上并安装在具有一定高度的支架上。由计算机发布俯仰和水平旋转指令使装置按极坐标方式转动扫描实现区域内的定点测量。

　　2.3　基于直角坐标系的体积计算

　　由图2所示系统定点测高原理示意图,a是转台的俯仰角度,b是转台的水平转角,L是支架的高度,依据直角三角形的关系得:

　　定点B的高度为　z=L-s×cosa

　　定点B的水平位置　x=s×sina×cosb

　　y=s×sina×sinb

　　将极坐标扫描获得的定点高度数据转化成直角坐标数据,在直角坐标系里将煤场底面分成若干相等的方块,根据每个方块内所有落点的高度平均值作为该小柱体的高度,从而求出小柱体的体积。再求和得整个煤场的存煤体积。

　　3　激光摄像盘煤装置的研制

　　3.1　系统硬件的组成

　　为完成上述测量工作,激光盘煤装置的硬件需要有以下几个部分组成(部分设备的主要技术指标由被测量对象的区域形式及大小来确定):586工控机、高分辨率CCD摄像机、三可变高倍高精度特种镜头、二维高精度转台、大功率固体激光器及位置调整仪、640×480线图像卡。

　　3.2　系统有关参数的设计原理

　　根据光学相似三角形成像原理得装置测距相对误差计算公式:

　　综合考虑装置测量总误差,应尽量减少各项的相对误差。从镜头的加工、设备的安装和图像的读取角度出发,镜头及设备安装等参数的设计做了以下工作。

　　(1)镜头焦距的合理分段

　　根据装置的测量范围可选择不同焦距测量不同的距离。从而使测量的距离范围在CCD上所占的线数最大。