[發(fā)明專利]一種利用CCD相機(jī)測量爐膛溫度分布的系統(tǒng)及方法

有效

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• 申請日: 2020-03-02
• 公開（公告）號: CN111307320B
• 公開（公告）日: 2021-07-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉兆宇;劉石;張耀方;陳敏鑫
• 申請（專利權(quán)）人: 華北電力大學(xué)
• 主分類號: G01K11/00
• 分類號: G01K11/00
• 代理公司: 北京中巡通大知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11703
• 代理人: 王霞

本發(fā)明公開了一種利用CCD相機(jī)測量爐膛溫度分布的系統(tǒng)及方法，所述系統(tǒng)包括鍋爐、CCD相機(jī)、信號采集裝置和運(yùn)算處理系統(tǒng)；CCD相機(jī)包括由若干組傳感器組成的CCD傳感器面陣；傳感器包括微鏡頭、快速移動濾光片組和感光元件；微鏡頭和感光元件之間設(shè)有濾光片盤，快速移動濾光片組按照矩陣形式鑲嵌在濾光片盤上，本發(fā)明方法利用CCD相機(jī)采集信號，信號經(jīng)過信號采集裝置處理進(jìn)入運(yùn)算處理系統(tǒng)，生成圖像矩陣，形成投影灰度圖像，并利用LFBP?SART算法重建溫度場。本發(fā)明能夠更精確的接收照在傳感器上的所有輻射，測量精度高，可以準(zhǔn)確的劃分火焰邊界，獲取攝入輻射的有益效果，滿足實(shí)際生產(chǎn)的要求。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于輻射測溫領(lǐng)域，具體涉及一種利用CCD相機(jī)測量爐膛溫度分布的系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)

溫度是燃燒過程中重要參數(shù)之一，隨著溫度的提高以及科技水平的發(fā)展前進(jìn)，準(zhǔn)確測量溫度分布在國防、軍事、科研及工業(yè)生產(chǎn)中的重要性愈加顯著。傳統(tǒng)的測溫方法，如熱電偶法，需要與待測目標(biāo)接觸，對待測目標(biāo)的溫度場有一定的干擾，同時接觸法測溫只能得到某個局部位置的溫度信號,無法獲取整個燃燒空間的溫度分布。

輻射測溫法屬于非接觸測溫，在測量過程中，探測器不需要進(jìn)入爐膛內(nèi)部，從而減少了對待測目標(biāo)溫度場的干擾，且它具有反應(yīng)速度快、精度高，熱損失小，耐腐蝕、易于控制等優(yōu)點(diǎn)，而輻射測溫法中的比色測溫法認(rèn)為其光譜發(fā)射率在一定波段內(nèi)固定不變，可以不考慮光譜發(fā)射率從而更獲得其溫度分布。然而傳統(tǒng)的CCD相機(jī)測量方法，在傳感器接收輻射信號時，由于受到光不均勻性，邊界火焰或者像素尺寸和數(shù)量問題的影響，對測量結(jié)果造成一定的誤差。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種利用CCD相機(jī)測量爐膛溫度分布的系統(tǒng)及方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中，傳統(tǒng)的CCD相機(jī)測量方法，在傳感器接收輻射信號時，由于受到光不均勻性，邊界火焰或者像素尺寸和數(shù)量問題的影響，對測量結(jié)果造成誤差的問題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種利用CCD相機(jī)測量爐膛溫度分布的系統(tǒng)，包括鍋爐、CCD相機(jī)、信號采集裝置和運(yùn)算處理系統(tǒng)；所述鍋爐頂端設(shè)有爐膛探測口，所述CCD相機(jī)設(shè)置于所述爐膛探測口的上方，信號采集裝置分別電連接所述CCD相機(jī)和所述運(yùn)算處理系統(tǒng)；所述運(yùn)算處理系統(tǒng)由計算機(jī)進(jìn)行圖像處理工作，生成圖像矩陣，形成投影灰度圖像，并重建溫度場。

進(jìn)一步的，所述CCD相機(jī)包括沿光路前進(jìn)的方向依次設(shè)置的主鏡頭和CCD傳感器面陣，所述CCD傳感器面陣包括若干組傳感器；所述主鏡頭設(shè)置于CCD傳感器面陣接收光線的一側(cè)，位于光源與CCD傳感器面陣之間；

所述傳感器包括沿光路前進(jìn)的方向依次設(shè)置的微鏡頭、快速移動濾光片組和感光元件；所述的微鏡頭位于主鏡頭和快速移動濾光片組之間，用來聚焦光線，確定光線發(fā)射地點(diǎn)，通過移動CCD相機(jī)的位置，獲取溫度場不同高度位置二維的火焰圖像，實(shí)現(xiàn)對溫度場的三維測定。

進(jìn)一步的，所述微鏡頭和感光元件之間設(shè)有濾光片盤，所述快速移動濾光片組按照矩陣形式鑲嵌在濾光片盤上；所述感光元件用于在曝光時間內(nèi)，將接收到的光信號轉(zhuǎn)化成電信號并儲存起來。

進(jìn)一步的，所述快速移動濾光片組包括四個小濾光片，分別為呈對角線分布的兩個綠色濾光片和兩個紅色濾光片。

進(jìn)一步的，所述濾光片盤由連接桿連接在旋轉(zhuǎn)盤上，CCD相機(jī)每曝光一次，旋轉(zhuǎn)盤就帶動濾光片盤旋轉(zhuǎn)90°，進(jìn)而帶動所有的快速移動濾光片組旋轉(zhuǎn)90°。

進(jìn)一步的，所述旋轉(zhuǎn)盤與旋轉(zhuǎn)電機(jī)連接，所述旋轉(zhuǎn)電機(jī)用于帶動所述旋轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)。

進(jìn)一步的，所述CCD相機(jī)通過數(shù)據(jù)線與信號采集裝置相連；所述信號采集裝置通過BNC線連接運(yùn)算處理系統(tǒng)，將從CCD相機(jī)收集到的信號經(jīng)過處理后通過BNC線輸入運(yùn)算處理系統(tǒng)，所述運(yùn)算處理系統(tǒng)用于對圖像進(jìn)行處理與記錄。