基于图像透光率的粉尘浓度视觉测量方法及分布规律研究

摘要

超过一定浓度的粉尘污染易对作业人员行为造成影响，对作业人员健康以及安全生产等造成危害，甚至发生粉尘爆炸事故，对生命造成威胁，因此开展对粉尘浓度测量方法及粉尘浓度分布规律的研究具有必要。 实现粉尘浓度在线测量可及时掌握车间内的粉尘浓度变化情况，避免因粉尘浓度过高，对作业人员等造成危害；有限空间内粉尘浓度的分布规律分析可对除尘设施安装、作业人员作业位置安排等提供参考；其中粉尘浓度测量是研究基础，可作为测量方法应用，也可为开展粉尘浓度分布规律研究提供技术支撑，而粉尘浓度分布规律则是粉尘测量方法的应用，其研究成果可为粉尘控制工作提供理论支撑。 为粉尘污染控制提供技术支撑及理论依据，课题基于视觉测量法（Vision Based Measurement，VBM）以及图像透光率特征，研究了以下内容： 大气光散射效应和粉尘颗粒的遮挡效应影响视觉测量法的测量精度。为降低这两个效应对精度造成的影响，基于理论分析法和实验研究法，在构建VBM粉尘浓度视觉测量系统的基础上，建立基于图像透光率的粉尘浓度测量方法。结果表明所提出方法的相对误差为±3%，不确定度为2.05%，相关性为0.9978，测量周期为 2s。图像透光率作为粉尘浓度的图像识别特征，可降低大气散射效应和粉尘颗粒遮挡效应对测量精度的影响，实现测量精度的提高。 传统相似实验法多采用点测量，其精度受采样点个数影响。为更直观、更准确地分析有限空间内粉尘浓度的分布规律，提出采用相似模拟法，利用VBM面域测量特点以及图像透光率特征展开研究，构建了X方向和Z方向的粉尘浓度分布的经验公式。结果表明在车间内，X 方向粉尘浓度随距离增加呈先指数函数后振荡函数分布，Z 方向粉尘浓度与尘源距离呈抛物线函数分布，XOZ 端面粉尘浓度较低时粉尘趋于层流分布，粉尘浓度越高越趋于湍流分布。

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