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原文传递模拟煤矿井下环境的煤岩反射光谱识别实验装置及方法

专利名称：	模拟煤矿井下环境的煤岩反射光谱识别实验装置及方法
摘要：	本发明公开一种模拟煤矿井下环境的煤岩反射光谱识别实验装置及方法，装置由两个相互嵌套的箱体、光纤架、样品数据采集识别模块、环境模拟模块、可变式照明模块和推尺组成。两个相互嵌套的箱体构成一个封闭的空间并能沿着箱体内带刻度的直线滑轨相对滑动，光纤架连接推尺，通过推拉推尺使光纤架也沿着该直线滑轨滑动，进而改变光纤探头距离样本的距离，探究距离对光谱识别煤岩的影响；环境模拟模块模拟了一个环境因素可控的井下环境，实现了单环境因素或者多环境因素综合对光谱识别的影响实验的开展；可变式照明模块通过改变卤素灯的功率及工作电流来改变照明的强度来实现井下低照度的模拟。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	江苏;32
申请人：	中国矿业大学
发明人：	葛世荣;王世博;向阳;周悦;王赛亚;杨恩;伊世学;鲁程;王子超
专利状态：	有效
申请日期：	2019-04-30T00:00:00+0800
发布日期：	2019-08-02T00:00:00+0800
申请号：	CN201910361724.1
公开号：	CN110082307A
代理机构：	南京经纬专利商标代理有限公司
代理人：	王美章
分类号：	G01N21/3563(2014.01);G;G01;G01N;G01N21
申请人地址：	221116 江苏省徐州市大学路1号
主权项：	1.一种模拟煤矿井下环境的煤岩反射光谱识别实验装置，其特征在于，包括：两个箱体单元，分别是第一箱体单元和第二箱体单元，第一箱体单元的底部和第二箱体单元的底部设有相互嵌套的直线滑轨，所述直线滑轨上设有刻度；所述第一箱体单元底部的直线滑轨上滑动设置有光纤架，光纤架上固定设置有准直镜，所述准直镜通过光纤与设置在第一箱体单元外部的近红外光谱仪连接；推尺，推尺的一端与第一箱体单元内的光纤架固定连接，另一端延伸出第一箱体单元设置；所述第二箱体上与所述准直镜头发射的近红外光传输方向相垂直的一侧箱壁面板为待测样本面；可变式照明模块，包括光源转盘架和卤素灯灯座，其中，光源转盘架设置在第一箱体单元上与所述准直镜头发射的近红外光传输方向相垂直的一侧面板上，光源转盘架上安装有至少三种功率卤素灯的卤素灯灯座，卤素灯座和单刀多掷开关、电位器以及开关电源串联；所述卤素灯座上安装卤素灯，所述卤素灯发出的光照能照射到光谱仪所对焦的待测样本面板上；环境模拟模块，包括一个可调式鼓风机和一个雾化流量可调的雾化机，所述鼓风机通过风管和第二箱体单元的一侧箱壁相连；所述雾化机的喷头通过预留在第二箱体单元顶部箱壁上的孔与第二箱体单元相连；样品数据采集识别模块，包括一台光纤光谱仪和一台计算机，所述光纤光谱仪利用光纤接收样品反射卤素灯的光谱信号，获取被测样品的光谱信息并识别样品；所述计算机中安装有煤岩识别软件，通过光谱信息同光谱库进行对比，即可对煤岩进行识别。 2.根据权利要求1所述的模拟煤矿井下环境的煤岩反射光谱识别实验装置，其特征在于，第一箱体上与所述准直镜头发射的近红外光传输方向相垂直的一侧面板上设有容纳卤素灯座前部凸起放置的定位通孔，并且所述定位通孔用于入射光线的射入。 3.根据权利要求1所述的模拟煤矿井下环境的煤岩反射光谱识别实验装置，其特征在于，第一箱体单元底部的直线滑轨为沿第一箱体单元长度方向延伸设置的第一矩形凸条，第二箱体单元底部的直线滑轨为沿第二箱体单元长度方向延伸设置的第二矩形凸条，其中，第一矩形凸条嵌套设置在第二矩形凸条的上部。 4.一种基于权利要求1~3中任一所述的模拟煤矿井下环境的煤岩反射光谱识别实验装置的试验方法：其特征在于，包括如下步骤：实验前准备：近红外光谱仪安装与调整：近红外光谱仪置放于箱体单元外部，通过光纤和准直镜相连，并固定在光纤架上，光纤架的底部与第一箱体单元底部的直线滑轨相固定，然后根据准直镜镜头到待测样品面板的距离调整焦距来对焦并通过白板来完成近红外光谱仪的存白操作，作为100%反射率的参考，紧接着遮挡准直镜镜头，完成存黑操作作为0反射率参考，在计算机上设置合适的光谱仪积分时间，存白存黑和积分时间的设置保证了光谱仪所采集数据准确；样本的制备：从不同的煤矿取典型的顶板岩石样本及煤层上部样本，为保证样本所含成分均匀，利用锤型粉碎机粉碎样本，用标准筛筛选出0.2mm的样本，均匀的粘贴到薄板上模拟岩石和煤块，并把该薄板粘贴到待测样本面板上；实验的设置：根据实验的要求，井下环境的各种参数，改变实验装置的状态以对井下环境进行仿真，进行多种实验的测试，具体进行的实验为：0mm距离实验模式、光强度实验模式、130mm水雾实验模式、250mm水雾和粉尘实验模式； 1）0mm距离实验模式：把开启距离设置为0mm距离实验模式，通过电位器控制卤素灯座的光照度，使得待测样本面板的光照度恒定为20000lux；通过推拉推尺带动光纤架在轨道上滑动，使准直镜镜头到待测样本面板的距离从0~1500mm变化，为该距离为实验变量，每隔100mm进行一次实验，探究距离对光谱识别的影响； 2）光强度实验模式：把开启距离设置为0mm光强度实验模式，通过推尺调整准直镜到待测样本面板的距离为500mm，通过转动光源转盘架架（并配合电位器实现待测样本面板的光照度从0~50000lux变化，每隔1000lux采集一次光谱数据，探究光照度对光谱识别的影响； 3）水雾实验模式：把开启距离设置为130mm，即水雾实验模式，通过推尺调整准直镜到待测样本面板的距离为500mm；通过电位器控制卤素灯座的光照度，使得待测样本面板的光照度恒定为20000lux；调整雾化机的档位控制雾化水雾流量大小，根据流量计计量水雾的流量，探究不同水雾流量对光谱识别的影响； 4）粉尘实验模式：把开启距离设置为250mm，即水雾和粉尘实验模式，通过推尺调整准直镜到待测样本面板的距离为500mm；通过电位器控制卤素灯座的光照度，使得待测样本面板的光照度恒定为20000lux；在鼓风机出风口处放入粒径为0.2mm的煤粉或岩粉，打开鼓风机扬尘，然后静置1min再进行光谱数据的采集，通过改变放入煤粉或岩粉。
所属类别：	发明专利