使用飞行时间（ToF）激光测距传感器监测颗粒炉中的燃烧床，是一种通过非接触方式实时获取燃烧床状态（如高度、平整度、物料分布等）的技术方案，可用于优化燃烧效率、防止结焦或堵料等问题。以下是具体的实现思路、关键技术点及注意事项：
一、监测目标与核心需求
颗粒炉（如生物质颗粒炉）的燃烧床是燃料（颗粒状生物质）燃烧的区域，其状态直接影响燃烧效率：
燃烧床高度：过高可能导致供氧不足、不完全燃烧；过低可能导致热量输出不稳定。
表面平整度：局部堆积或凹陷可能引发局部高温（结焦）或熄火。
物料消耗速率：实时监测可联动进料系统，实现自动补料。
ToF传感器的核心作用是实时测量燃烧床表面与传感器的距离，间接反映上述状态。
二、ToF激光测距传感器的选型要点
需针对颗粒炉的恶劣环境（高温、粉尘、水汽、振动）选择合适的传感器：1. 测量范围
颗粒炉燃烧床与传感器的安装距离通常在0.3~2米，选择量程覆盖0.1~5米的传感器即可（如VL53L5、TFmini-S等）。
2. 精度与分辨率
需区分燃烧床表面1~5mm的高度变化，选择精度≤±3mm、分辨率≥1mm的型号（避免因颗粒间隙导致的测量波动）。
3. 抗干扰能力
抗粉尘：燃烧过程中产生的烟尘会散射激光，优先选择大光斑直径（如1mm以上）或带抗干扰算法（如多次测量取平均值）的传感器。
抗高温：传感器本体需远离燃烧区（环境温度≤60℃），或通过散热支架、冷却风道降温；部分工业级传感器（如 Sick TIM系列）可耐受-40~85℃环境。
抗背景光：燃烧火焰的强光可能干扰接收端，选择带窄带滤光片（仅透过激光波长，如940nm红外）的传感器。
4. 响应速度
燃烧床状态变化较慢（分钟级），选择采样率1~10Hz即可，避免数据冗余。
5. 输出接口
优先选UART（串口）或I2C接口，便于与单片机（如Arduino、STM32）或PLC连接，实现数据传输与控制。
三、安装与布局设计
1. 安装位置
传感器需正对燃烧床表面，避免倾斜导致测量距离偏大（需通过几何校正补偿倾斜角度）。
远离进料口和出灰口，防止物料飞溅或粉尘直接覆盖传感器镜头。
镜头需加装耐高温防尘罩（如石英玻璃罩），定期清洁（可配合自动吹扫装置）。
2. 多传感器联动（可选）
若燃烧床面积较大（如工业颗粒炉），单传感器无法覆盖全部区域，可在不同位置安装2~3个传感器，通过数据融合计算燃烧床的整体平整度（如最高/最低差、平均高度）。
四、数据处理与应用逻辑
1. 原始数据预处理
过滤异常值：燃烧过程中偶尔的火星或粉尘团可能导致测量值跳变，通过“中位值滤波”或“滑动平均滤波”剔除异常值（如连续3次测量值偏差超过10mm则舍弃）。
温度补偿：部分传感器（如VL6180X）的测量精度受环境温度影响，需通过额外的温度传感器采集环境温度，在软件中修正测量值。
2. 状态判断与控制逻辑
补料控制：当测量距离连续5秒大于设定阈值（如燃烧床高度低于50mm），触发进料电机工作，直至距离恢复到正常范围（如80~100mm）。
清灰提醒：若燃烧床高度持续上升（可能因结焦或灰烬堆积），超过上限阈值（如150mm），通过蜂鸣器或APP推送提醒用户清灰。
燃烧优化：结合风机转速，当燃烧床表面平整度偏差过大（如最高与最低差＞30mm），调整风机风速分布，减少局部高温。
五、典型方案示例（硬件+软件）
硬件组成
ToF传感器：TFmini-S（量程0.1~12m，精度±2cm，串口输出）
控制器：STM32F103C8T6（处理数据、控制外设）
辅助传感器：DS18B20（环境温度监测，用于温度补偿）
执行机构：进料电机（步进电机）、清灰推杆、蜂鸣器
电源：12V直流电源（给传感器和电机供电，通过DC-DC模块转为3.3V给控制器）
软件流程
传感器初始化：配置TFmini-S的采样率为5Hz，通过串口读取距离数据。
数据滤波：对连续10次测量值取平均值，过滤跳变值。
温度补偿：根据DS18B20的温度值，调用预设的补偿公式（如温度每升高10℃，距离修正+0.5mm）。
状态判断：
若补偿后距离＞150mm → 触发清灰提醒。
若距离＜50mm → 启动进料电机，直至距离≥80mm。
计算连续5次测量值的标准差，若＞10mm → 调整风机风速。
数据上传：通过蓝牙模块（如HC-05）将实时距离和状态发送到上位机或手机APP。
六、注意事项
1. 镜头清洁：燃烧产生的焦油和粉尘会附着在镜头上，导致测量失效，需定期用酒精棉片擦拭，或设计自动毛刷清洁机构。2. 激光安全：选择Class 1激光传感器（人眼安全等级），避免直射人体。3. 抗振动：颗粒炉工作时可能存在振动，传感器需通过防震支架固定，减少因位移导致的测量误差。4. 标定校准：安装后需手动测量传感器到燃烧床的实际距离，与传感器读数对比，通过软件校准偏差（如添加固定补偿值）。
通过ToF激光测距传感器监测颗粒炉燃烧床，可实现智能化控制，提升燃烧效率约10%~20%，同时减少人工维护频率，适合家用及中小型工业颗粒炉的升级改造。
