[發(fā)明專(zhuān)利]一種爐膛三維溫度場(chǎng)重建方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110315556.6
• 申請(qǐng)日: 2011-10-18
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102393027A
• 公開(kāi)（公告）日: 2012-03-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 于洋;劉曉陽(yáng)
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 沈陽(yáng)理工大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): F23M11/04
• 分類(lèi)號(hào): F23M11/04
• 代理公司: 沈陽(yáng)利泰專(zhuān)利商標(biāo)代理有限公司 21209
• 代理人: 李樞

技術(shù)領(lǐng)域

????本發(fā)明涉及的是溫度檢測(cè)方法，具體是基于爐膛內(nèi)煤粉燃燒火焰溫度圖像的一種三維溫度場(chǎng)重建方法。????????

背景技術(shù)

目前，傳統(tǒng)的鍋爐燃燒檢測(cè)裝置一般采用工業(yè)電視監(jiān)視的方法，即爐膛安全監(jiān)視系統(tǒng)，它通過(guò)火焰顏色和亮度來(lái)判斷鍋爐的燃燒狀況，以保證燃燒火焰不熄滅，它能在鍋爐正常工作和啟停等各種運(yùn)行工況下，連續(xù)地密切監(jiān)視燃燒系統(tǒng)的參數(shù)和狀態(tài)，不斷地進(jìn)行邏輯判斷和運(yùn)算，必要時(shí)發(fā)出動(dòng)作指令，使燃燒設(shè)備按照合理的程序完成操作，以保證鍋爐燃燒的安全。但它主要集中在火焰“有”或“無(wú)”的判斷上，很難保證鍋爐的安全運(yùn)行向提高運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性、降低污染物排放（清潔燃燒）、實(shí)現(xiàn)燃燒的在線(xiàn)診斷等更高層次的領(lǐng)域發(fā)展。

本發(fā)明設(shè)計(jì)科學(xué)、富有創(chuàng)意、充分體現(xiàn)大型鍋爐內(nèi)煤粉燃燒的三維特征，對(duì)鍋爐安全、經(jīng)濟(jì)效益、潔凈運(yùn)行等具有重要意義。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊、耗材少、壽命長(zhǎng)、性能穩(wěn)定、可靠、維修方便且測(cè)量三維溫度精度高，能實(shí)時(shí)掌握爐內(nèi)火焰燃燒狀況。

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發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供一種爐膛燃燒溫度圖像檢測(cè)方法，其目的在于減少雙色法溫度圖像檢測(cè)方法和彩色圖像采集、處理的復(fù)雜性，提高計(jì)算精度，實(shí)現(xiàn)鍋爐的安全運(yùn)行向提高運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性、降低污染物排放（清潔燃燒）、以及燃燒的在線(xiàn)診斷等更高層次的領(lǐng)域發(fā)展。

采用的技術(shù)方案是

本發(fā)明涉及的是溫度檢測(cè)方法，采用高溫鏡頭，彩色CCD攝像機(jī)獲取爐膛燃燒火焰彩色圖像，其特征在于包括以下工藝過(guò)程：

（1）、將某一時(shí)刻的爐膛內(nèi)燃燒火焰圖片按一定區(qū)域單元進(jìn)行劃分（如燃燒火焰圖片對(duì)應(yīng)453×213個(gè)像素點(diǎn)可轉(zhuǎn)換為40×30個(gè)區(qū)域單元）。

（2）、利用黑體爐標(biāo)定，選取至少35組數(shù)據(jù)作為訓(xùn)練樣本（輸入層R、G、B值，輸出層溫度），訓(xùn)練BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型后獲得燃燒火焰圖片40×30個(gè)區(qū)域單元對(duì)應(yīng)的二維溫度值（輸入層為燃燒火焰圖片40×30區(qū)域內(nèi)每一區(qū)域內(nèi)平均像素的R、G、B值，輸出層為燃燒火焰圖片對(duì)應(yīng)區(qū)域內(nèi)的二維溫度值）。

（3）、由燃燒火焰圖片對(duì)應(yīng)的二維溫度值，根據(jù)輻射方程逆求解得到爐膛燃燒火焰三維溫度分布。為解決方程的奇異性，采用修正Tikhonov正則化方法建立了一種大型爐內(nèi)三維溫度場(chǎng)重建方法。即用非迭代的方法進(jìn)行溫度分布的重建。重建后的三維溫度為：?????????????????????????????????????????????????

其中：為輻射能量成像矩陣。

D為正則化矩陣參數(shù)，主要是為解決熱輻射傳遞方程的病態(tài)問(wèn)題而引入，其特點(diǎn)是，任何一個(gè)都要依次作為中心與其鄰近單元之間建立約束關(guān)系。

為正則化參數(shù)，因爐內(nèi)三維溫度分布T是從輻射能圖像E中重建獲得，根據(jù)CCD攝像機(jī)獲取的爐膛內(nèi)燃燒火焰圖片，建立多種輻射成像信息和爐膛燃燒溫度分布之間的方程?AT=b。????

???????K(i)系數(shù)矩陣,代表矩陣的行和。

本發(fā)明設(shè)計(jì)科學(xué)、富有創(chuàng)意、充分體現(xiàn)大型鍋爐內(nèi)煤粉燃燒的三維特征，對(duì)鍋爐安全、經(jīng)濟(jì)效益、潔凈運(yùn)行等具有重要意義。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊、耗材少、壽命長(zhǎng)、性能穩(wěn)定、可靠、維修方便且測(cè)量三維溫度精度高，能實(shí)時(shí)掌握爐內(nèi)火焰燃燒狀況。

具體實(shí)施方式

一種爐膛三維溫度場(chǎng)重建方法，采用高溫鏡頭，彩色CCD攝像機(jī)獲取爐膛燃燒火焰彩色圖像，具體包括以下工藝過(guò)程：

（1）、燃燒火焰圖片對(duì)應(yīng)453×213個(gè)像素點(diǎn)，對(duì)應(yīng)劃分40×30個(gè)區(qū)域單元

（2）、利用黑體爐標(biāo)定，選取至少36組數(shù)據(jù)作為訓(xùn)練樣本（輸入層R、G、B值，輸出層溫度），訓(xùn)練BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型后獲得燃燒火焰圖片40×30個(gè)區(qū)域單元對(duì)應(yīng)的二維溫度值（輸入層為燃燒火焰圖片40×30區(qū)域內(nèi)每一區(qū)域內(nèi)平均像素的R、G、B值，輸出層為燃燒火焰圖片對(duì)應(yīng)區(qū)域內(nèi)的二維溫度值）。

（3）、由燃燒火焰圖片對(duì)應(yīng)的二維溫度值，根據(jù)輻射方程逆求解得到爐膛燃燒火焰三維溫度分布。為解決方程的奇異性，采用修正Tikhonov正則化方法建立了一種大型爐內(nèi)三維溫度場(chǎng)重建方法。即用非迭代的方法進(jìn)行溫度分布的重建。重建后的三維溫度為：??

其中：為輻射能量成像矩陣。

D為正則化矩陣參數(shù)，主要是為解決熱輻射傳遞方程的病態(tài)問(wèn)題而引入，其特點(diǎn)是，任何一個(gè)單元都要依次作為中心與其鄰近單元之間建立約束關(guān)系。

為正則化參數(shù)，因爐內(nèi)三維溫度分布T是從輻射能圖像E中重建獲得，根據(jù)CCD攝像機(jī)獲取的爐膛內(nèi)燃燒火焰圖片，建立多種輻射成像信息和爐膛燃燒溫度分布之間的方程?AT=b。????

???????K(i)系數(shù)矩陣,代表矩陣的行和。