周宏[1]2008年在《基于数字图像处理的火焰温度测量技术研究》文中指出温度是科学研究和工程技术领域的一项重要参数。火焰温度测量是一个重要的问题,它对于燃烧状态的判断、预测和诊断有着十分重要的意义。传统的温度测量只能测量被测点的温度,很难反映整个火焰的燃烧状况。数字图像处理技术是一门发展前景广阔并与众多领域交叉、综合的学科,得到了越来越广泛的应用,其中在火焰温度监测中的运用就是一项比较新的应用。随着数字图像处理技术、计算机技术和光电技术的发展,基于数字图像处理的测温技术成为火焰检测领域的研究热点之一。本文将数字图像处理技术、CCD图像技术和计算机技术相结合,利用彩色CCD摄像机、图像采集卡和软件实现火焰温度的检测。全文共五章。第一章介绍目前火焰温度测量技术状况和数字图像处理技术状况。第二章为理论基础。介绍了有关火焰温度测量的一些基础,讨论了光学测温、热辐射测温、谱色测温、彩色测温的原理和影响测量的因素、优缺点。重点介绍了基于CCD的叁基色测温技术的原理、误差的修正。第叁章是系统设计。首先详细讨论了基于数字图像处理技术的火焰温度测量的原理、计算方法和误差修正方法,然后应用上面的理论对实际的火焰温度检测系统进行了软、硬件整体设计,包括硬件的搭建和软件程序两部分。第四章为软件具体实现环节,用Visual C++6.0予以实现。介绍了软件的功能模块、参数的确定和软件的使用,并利用实验进行对比证实了该系统具备良好的用户界面和较高的测量精度。第五章结论部分总结本文的主要工作,指出本文的创新之处以及工作中的不足,展望基于数字图像处理的火焰温度检测系统的发展方向。
唐秉湘[2]2006年在《基于数字图像处理的锅炉火焰温度检测研究》文中指出对大型燃煤电站锅炉而言,监控炉内火焰温度,对锅炉运行的可靠性、安全性和经济性非常重要。煤粉锅炉的燃烧过程是一种非常复杂的热辐射交换过程,其工况极不稳定。锅炉燃烧的安全性主要取决于火焰的稳定性,为了避免锅炉爆炸事件的发生,炉内煤粉必须稳定燃烧,如果燃烧不稳定,炉内温度场不均匀,轻则导致锅炉的热效率极大地降低,造成浪费,重则容易出现爆炉等严重后果。因此,炉内火焰温度场的准确测量和预估对判断炉膛的燃烧状态,并据此调整锅炉的运行参数,保障锅炉的正常运行非常重要。本文介绍了燃煤锅炉工作机理和现有温度预报原理,深入研究了基于彩色CCD火焰图像的温度测量方法。为了提高基于彩色CCD火焰温度场测量的准确性,在分析了误差来源的基础上,比较了多项式插值、最小二乘法和BP神经网络在减小测温误差方面的运用。针对炉膛火焰图像,分析了图像噪声的来源,运用中值滤波成功地对燃烧过程伴随着的大量的动态随机噪声进行了处理,实现了火焰图像的灰度变换和伪彩色显示。为准确预报炉膛温度变化趋势,提高生产效率,本文提出了运用BP神经网络进行炉膛火焰温度预估的模型,讨论了预估模型输入参数的选择和数据的预处理技术。全文共分为五章,第一章介绍目前常用的高温火焰测量方法,包括接触式测温法和非接触式测温法,阐述基于光辐射能的CCD火焰温度检测方法。第二章阐述基于数字图像处理的火焰温度测量系统构成,第叁章论述基于数字图像处理的火焰温度测量的相关原理和相关方法,重点介绍基于数字图像处理的彩色CCD叁色测温方法。第四章分析彩色CCD叁色测温方法的误差来源,比较多项式插值、最小二乘法、BP神经网络等测温标定方法,利用炉膛火焰图片进行仿真实验,验证温度测量、图像滤波等测量与处理方法的有效性与准确性。第五章研究基于BP神经网络的炉膛火焰温度预估方法,分析影响炉膛火焰温度波动的因素,讨论预估模型输入参数的选择和数据的预处理技术,并建立预估模型。结论部分总结本文的主要工作,指出本文的创新之处以及工作中的不足,并对项目的后续研究提出改进意见,展望基于数字图像处理的锅炉火焰温度检测系统的发展方向。
赵春晖[3]2003年在《基于数字图像处理的火焰温度测量系统设计》文中研究说明基于数字图像处理的火焰温度测量技术是一项新兴的测温技术，它能实时地获得火焰的温度场，可广泛用于冶金、建材、焊接、热电厂等场合，对优化燃烧过程、提高产品质量、节能环保等都具有重要意义。本文针对目前这类系统研制中存在的测温精度不高、被测高温辐射体物面确定困难等问题，对基于CCD传感器的测温系统进行了理论分析、系统设计和设备研制，并进行了大量实验。 论文主要工作如下： 1．对国内外各种接触式和非接触式测温方法和技术进行了较为系统的综述，对其存在的问题进行了分析，并指出了被测高温辐射体物面确定的意义和方法； 2．根据CCD器件、几何光学、辐射测温机理、火焰的灰体假设，得出火焰温度与CCD输出图像之间的关系式，对影响关系式的各种因素进行了分析； 3．设计并完成了基于彩色CCD摄像机的数字图像火焰温度测量系统，该系统采用了双波长窄带干涉滤光片，有效消除了CCD用于比色方法测温的误差，整个系统配置简洁、成本低廉、软件可移植性和扩展性好、工作稳定； 4．在自己研制的黑体炉上对系统进行了标定实验研究，对标定误差进行了分析，对消除光学系统、CCD、环境以及主观因素等对误差的影响提出了改进和处理方法，大量实验得出了较为稳定的标定测量值，为系统进行实际工况环境下的测量奠定了基础； 5．对实际有烟和无烟煤炉进行了初步的测温实验，并初步分析了黑体炉与实际煤炉测量误差的理论表达式，给出了消除误差的设想，即通过进一步的实验，得到更为精确的修正曲线，在比色前对不同条件下的色光辐射值进行修正。
李志宏[4]2006年在《可视化火焰测量系统的开发及应用》文中研究说明我国是能源消耗大国,煤炭作为燃料在能源消耗中占了很大比重。电站锅炉作为电能生产的主要方式,面临着提高燃烧经济性和减少污染的双重任务。只有更好的优化炉内燃烧工况,才能满足上述要求。另外,合理燃烧还可减少锅炉事故的发生。总之,优化燃烧控制是锅炉各项性能全面提高的必然要求。目前燃烧控制的特点是主要信号均取自燃烧室以外。从燃料入炉燃烧到蒸汽压力变化是个纯滞后大延迟的过程,难以迅速跟踪炉内燃烧的变化。 而内涵丰富,直接反映炉内燃烧状况的火焰信息未被充分利用。本课题目的既是探索火焰信息的获取方法,并为优化燃烧控制提供参考。 本课题通过研究燃烧的辐射成像模型、图像采集系统的光电特性、火焰温度场算法、可视化测量系统原理,从测量对象、测量模型、测量工具、测量应用等方面阐述了针对燃烧火焰所建立的较完善的研究方法,并以此为基础开发了新型的燃烧测量系统。 本课题以可视化实时场测量为主要目标,以CCD相机、分光系统及相关图像采集及处理设备为主要测量工具,以电站锅炉煤粉燃烧火焰为主要研究对象,实现了对燃烧火焰的多参数测量。通过对火焰特性的研究确定了测量波长,对图像采集系统光电特性的研究选取了CCD相机,对测量原理的研究设计了测量方案并研制了分光系统,在此基础上开发了整套新颖的可视化燃烧火焰采集及分析系统。通过温度标定获得了温度灰度标准数据库,并应用于某电站300MW锅炉的实际测量。测量结果表明,本系统能够准确及时跟踪运行工况的变化,反映燃烧的实际情况。 运用最小二乘支持向量机,通过火焰信息的提取和优化组合对锅炉负荷进行了预测,找到了与之紧密相关的火焰参数,为燃烧的优化控制提供了新的借鉴。 本课题开发的燃烧测量系统具有波长及光路选择灵活,测量准确度高,运行稳定可靠等特点,并且具有较好的燃料适应性,可广泛用于非透明或半透明火焰的燃烧测量。
龚恒[5]2014年在《碳素钢热处理温度非接触式测量系统研究》文中研究说明我国作为一个制造业大国,高端热处理设备设计制造能力低下,基本依赖进口,外加传统生产模式中的粗枝大叶的操作,使得我国机械零部件力学性能以及寿命远远不及国外同类产品,同时能耗污染大、效益低,严重阻碍我国工业健康发展。目前,我国热处理行业当中零件热处理主要使用热电偶来测量加热炉内温度,由于感温元件直接置于被测温度场或介质中,对于测量单点温度来说,其具有精度高、使用方便的优点,热电偶测温是典型的接触式测温的方法,其不足之处有以下五点：(1)由于要与被测物体或介质直接接触,这对测量仪器及感温元件在恶劣环境下的使用寿命及性能的稳定性提出了更高的要求,(2)接触本身也会对被测物体或介质的温度场分布产生一定影响,从而增加温度测量的误差,(3)相对于非接触式测温而言,其动态响应性能较差,测温惯性大,(4)接触式测温只是测定温度场或介质中某一点的温度,不能全面反映整个温度场分布,对感应加热、微波加热等无法得到加热工件的准确温度,(5)接触式测温安装维护不方便,不利于实现工业智能化控制。虽然光学高温计和红外测温仪可用于测量该类热处理件的温度,但是此类仪器测温范围有限、价格较高,同时工业生产中相对恶劣的环境也会影响其测量精度。近年来,国内外诸多学者基于数字图像处理技术对高温非接触式测量进行了研究,但是系统比较复杂、抗干扰能力差,目前仍处于实验研究阶段。因此,当今热处理工业生产急需研发一种可实时测量、精度较高、动态响应好、热惯性低、自动化程度高、抗干扰能力强的测温设备,这对进一步提高加热效率、优化加热过程、提高生产质量、节能减排、保护环境、改善企业生产形式和工人作业条件等都有重要意义。非接触式高温温度测量技术是基于CCD图像传感器,综合应用光电图像检测技术、数字图像处理技术和热辐射理论的一种新型测温方法。其中数字图像处理技术具有诸多优点：(1)再现性好,其能完整的保留图像信息,确保图像重现,(2)适用范围广泛,图像信号可以来自多种渠道,对于不同的图像信息源,只要采取相应的图像采集方法和传感器,那么数字图像处理技术可用于处理所有图像,(3)处理精度高,随着计算机信息技术和数学的发展,只要适当改变处理程序的相关参数或者算法,数字图像处理的精度是能够得到保证的,(4)灵活性高,数字图像处理涵盖了对图像的各种处理,能用数学公式或逻辑运算关系来表达的一切算法,数字图像处理技术都能实现。该方法具备非接触式测量的所有优点,即响应快、不破坏被测温度场、测温范围大等优点。碳素钢的产量约占钢总产量的80%左右,是主要的金属材料,本文所研究的碳素钢热处理温度非接触式测量系统就是将该技术应用到热处理温度的测量上。本文主要包括以下内容：(1)测温系统的整体设计通过查阅国内外基于数字图像处理技术的温度测量技术的相关文献和技术资料,掌握其测温原理,对比分析其中各自的测温方法,发现现有相关研究所存在的问题,明确该领域技术发展方向,结合本文的研究对象,选择合适的测温方法,并设计了一套测温系统,包括数据采集与存储、数据处理和特征值提取、建立测温模型和设计温度测量软件平台。(2)标定实验和温度计算算法设计标定实验是在深刻理解热辐射测温原理的基础上,设计了一套能够准确获得与温度对应的目标参数图像的实验,根据所提取的目标图像特征值关于温度的分布关系,选择相应的特征值来对测温系统进行标定,该实验直接决定着测温系统的整体测量精度和准确度。温度计算算法则是根据目前在非线性拟合方面应用较为广泛的方法,再结合本文的数据结构进行设计的。本文基于最小二乘法和BP神经网络算法来进行算法设计,其中最小二乘法采用自动搜索最佳阶数的方法获得最佳拟合结果,BP神经网络通过设置恰当的网络参数来确保网络的预测精度和运算速度,其计算结果和误差对比在文中以图表的形式进行详细说明。由于本文所提取的目标物特征值中整体灰度值与温度的分布存在良好的单调关系,所以选择该关系来实现测温系统的标定,同时本文运用插值算法提高了测温系统的分辨度,使得该算法适用于温度的实时测量。(3)基于MATLAB的温度测量软件平台设计及调试本文基于MATLAB软件平台,运用GUI编程语言设计了一套温度软测量系统,该系统可实现对目标物的实时采集、实时处理以及温度测量,同时进行误差分析,并对所采集的图像自动按照所拍摄的时间保存到相应目录中,以便于后续进行验证,软件平台经测试完全达到了设计的要求。整体而言,本文的创新之处可总结为以下叁点：(1)结合热辐射原理、光电成像原理、数字图像处理技术、科学计算方法等多方面知识,实现了对碳素钢热处理温度的非接触式测量,并且测量精度达到工业使用要求。这为我国热处理工业的自动化和精准控制提供了新的技术方案,为提高我国热处理工艺水平、节能减排、改善工作人员工作环境进行了实际有效的探索。(2)基于辐射测温原理,结合比色法和叁基色测温法,提出了新的测温系统标定方法,该方法不仅简单而且精度高,同时也简化了特征值的提取方法和图像处理的方法。(3)运用GUI图形界面编程,设计了一套交互式温度测量平台,平台美观简洁、功能强大、操作方便,并且使用者可根据自身实际需要进行二次开发。
高英侠[6]2006年在《基于彩色CCD的锅炉火焰温度场检测系统》文中提出温度是锅炉运行的重要参数,热电偶和工业电视等传统的炉膛燃烧状况监视设备存在许多缺点,它们已经不能满足锅炉经济安全运行的需要。使用能定量检测锅炉内温度场的仪器是今后发展的趋势。因此,研究能定量测量锅炉温度场的仪器对于提高锅炉运行的安全性和经济性具有重要的意义。本文根据热辐射学和彩色CCD成像理论,研究了温度场测温方法,并结合数字图像处理技术,设计了一套火焰温度场监测系统。 本文对彩色测温技术的实现作了详细的分析。第二、叁章为本文的理论基础。其中研究了锅炉火焰燃烧和辐射的物理过程;介绍了CCD图像传感器的工作原理,并重点介绍了彩色CCD;阐述了叁基色原理,讨论了彩色测温的方法,建立了测温的数学模型,为直接利用CCD摄像机检测锅炉燃烧火焰温度阐明了物理机理;介绍了数字图像处理技术,其中主要讨论了图像噪声的去除和伪彩色图像处理技术。第四章为具体的实现环节,包括硬件设备的搭建和软件程序的编写两部分。硬件部分主要是利用PC机、图像采集卡、彩色CCD摄像机和云台控制器,搭建起一套测温实验系统,其中在云台控制器中,利用上位机与单片机的串口通讯实现了CCD摄像头的控制,这样就可以通过上位机和现场的手动控制器这两种方式控制CCD摄像头的转动,光圈和焦距。软件部分主要是利用VC++6.0编写了一套在上位机上监控温度场的操作界面,其中能够实现对温度场总体温度和单点温度的测量,温度异常时发出报警等功能。
郭建民[7]2006年在《基于数字图像处理技术的锅炉火焰检测与污染物排放特性研究》文中研究表明电站锅炉燃烧的基本要求在于建立和保持稳定的燃烧火焰，安全可靠的燃烧诊断技术成为电厂安全性的重要条件和基本要求。利用CCD摄像机和图像处理技术对燃烧火焰进行参数测量和燃烧诊断，是一项随计算机技术、光学技术和数学方法的进展而发展起来的新兴技术。本文以可视化温度场测量与污染物排放分析为主要研究内容，具体内容如下：(1)利用火焰监测系统对现场运行锅炉的火焰温度场进行了测量。火焰监测系统由光学传递系统、CCD摄像器件、图像采集卡等部件组成。在各种不同工况下，结合火焰温度场的测量，对锅炉污染物排放特性进行了研究。通过实验研究，主要考察各种运行参数及其煤种的变化对污染物排放的影响规律。(2)利用Fluent软件对西柏坡3号炉两种不同运行工况进行了燃烧与污染物排放数值模拟，将计算结果与CCD等试验测量结果进行了对比。两者之间的数据具有较强的相关性，这为燃烧诊断系统将来与燃烧控制系统的结合初步建立了基础。(3)利用支持向量机的方法对污染物排放量进行了预测，并同神经网络的计算结果进行了对比。准确、快速地预报锅炉在不同工况下的排放特性，可为电站锅炉通过燃烧调整降低污染物排放和提高锅炉效率提供有效手段。利用灰色理论关联度分析对污染物排放的各影响因素进行了分析。参照关联分析的结果可以对运行进行调节，从而为降低污染物排放的措施提供参考。(4)利用基于模糊免疫网络算法，对火焰数字图像的分类应用进行了研究。根据火焰监测设备在现场获得的火焰图像，运用数字图像处理技术提取其特征量，然后对其进行分类研究，根据火焰图像类别是否属于连续的同一类别来判断燃烧状态发生变化。通过试验证明了该方法在数字图像火焰监测应用中的有效性。
孙元[8]2007年在《基于CCD图像传感器的高温温度场非接触软测量研究》文中研究说明基于CCD(电荷耦合器件)图像传感器的非接触高温温度场软测量方法将CCD技术、数字图像处理技术与传统辐射测温方法相结合，能够实现快速、准确的高温场测量，显着提高测量技术水平，因而成为高温检测领域近年来的研究热点。本文在研究分析CCD辐射测温的研究历史和现状的基础上，通过深入的理论分析与大量的实验研究，提出了一种新型的基于CCD图像传感器的高温场软测量方法。取得了如下的研究成果：1．提出了一种新型的含有CCD响应带宽校正系数和发射率校正系数的比色测温公式。以此为基础构建的高温场软测量系统可以减少CCD光谱响应特性非理想和被测辐射体发射率变化带来的测量误差。2．提出了利用黑体炉实验标定CCD响应带宽校正系数、利用现场实验标定发射率校正系数的方法。实验表明，该方法能有效地减小测温误差，具有较强的实用性。3．提出了一种基于高温辐射体颜色信息的图像目标识别方法。通过对红、绿基色图像分别进行分割来减小甚至消除高温辐射体图像的各种噪声，然后综合红、绿基色图像分割结果实现高温辐射体的准确识别，并运用数学形态学方法对分割结果进行后处理以消除游离点和孔洞，使图像边缘平滑。实验表明，该方法可以快速有效地实现高温辐射体的正确识别。4．通过理论推导和实验研究指出，在摄像头前加中性滤光片可以扩大CCD的测温范围，但是扩大的程度有限，且测温下限随滤光片透过率的减少而上升。5．提出利用调节光圈和快门组合的方法扩大CCD的测温范围，并通过实验验证了该方法的有效性。6．在研究测温系统标定实验原理的基础上，提出了标定实验方案，研发了标定实验系统和基于CCD的高温场软测量实验系统，并完成了对测量系统的标定。7．在上述工作的基础上，利用基于CCD图像传感器的高温场软测量系统对工业现场的高温熔体进行了测温实验。实验结果表明，所研发的高温场软测量系统测温精度较高，具有较强的实用性和推广价值。
孔明, 杨明, 郭天太, 赵军[9]2018年在《基于ARM的火焰温度图像测量系统》文中研究说明火焰温度是燃烧过程的重要指标。为实现火焰温度的实时动态测量,设计一套基于ARM的火焰温度图像测量系统,其中包括图像采集与处理电路,并在此基础上开发相关软件,可实现火焰图像的采集、图像的预处理分析,最终获得二维火焰图像温度分布、最高温度、平均温度等参数,并可以在自带触摸屏上实现人机交互。为提高系统测量精度,在该系统中加入一套双光路成像系统,从而使每条光路实现单波长的光能成像。实验结果表明:该系统能实时准确地进行二维火焰温度的测量,采样频率最高30张/s,同时系统具有稳定性好、功耗和成本低等优点,可以大量应用到各类对温度监测响应要求较快的火焰监控现场。
卫成业[10]2001年在《燃煤锅炉炉膛火焰温度场和浓度场测量及燃烧诊断的研究》文中研究指明我国日益严格环境保护标准要求减少电站锅炉的燃烧污染排放，而只有优化炉内燃烧工况，才能有效控制污染量；不仅如此，燃烧工况的优化还可以合理地减少燃料量和避免炉内爆管。作为燃烧优化措施之一，近年来，我国在燃烧器改造等方面做了大量工作，对电站锅炉燃烧状况的改善起到了重要作用，然而用于判断燃烧状况的炉内燃烧监测技术的研究却遇到了诸多问题，是一个相对落后的环节。本课题的主要目的在于建立一种基于火焰图像的用于炉内燃烧火焰温度场、颗粒浓度场测量及炉内燃烧诊断的监测系统。 本文的研究工作主要是采用面阵CCD摄像机及相关图像采集处理设备作为测量工具，实现煤粉火焰温度场、颗粒浓度场的测量。根据燃煤火焰辐射传递方程和弥散介质辐射特征，主要研究了投影温度场、叁维温度场和碳粒浓度场的重建模型、算法和工程应用。介绍了在300MW的煤粉锅炉上进行的温度场测量和燃烧诊断结果。 本文建立了投影温度测量的严格的数学定义和可行的测量方法。在综合考虑了所有可能的误差因素之后，提出了一种利用BP神经网络实现图像色度信息向投影温度映射的投影温度测量方法。 在对辐射传递微分方程进行网格化处理之后，本文建立了截面温度场测量模型、叁维温度场测量模型和碳粒浓度场测量模型。针对所提出了测量模型，发展相应的行之有效的计算方法。对建立的模型和计算方法进行了数值模拟，考察了其可行性、收敛性和数值稳定性。文中同时给出了实际测试结果。 本文详细介绍了火焰图像处理系统在300MW电站煤粉锅炉上的应用。阐述了系统的主要功能、指导思想和基本概况。利用这套系统，进一步发展了利用火焰图像实现燃烧诊断的相关研究。最后，提出将炉膛辐射温度作为中间被调量构成串级调节系统以改善锅炉调节对象的调节特性，研究了相应的模型和控制算法，文中给出了仿真计算结果。
参考文献：
[1]. 基于数字图像处理的火焰温度测量技术研究[D]. 周宏. 南京理工大学. 2008
[2]. 基于数字图像处理的锅炉火焰温度检测研究[D]. 唐秉湘. 湖南大学. 2006
[3]. 基于数字图像处理的火焰温度测量系统设计[D]. 赵春晖. 西北工业大学. 2003
[4]. 可视化火焰测量系统的开发及应用[D]. 李志宏. 中国科学院研究生院（工程热物理研究所）. 2006
[5]. 碳素钢热处理温度非接触式测量系统研究[D]. 龚恒. 西南大学. 2014
[6]. 基于彩色CCD的锅炉火焰温度场检测系统[D]. 高英侠. 大连海事大学. 2006
[7]. 基于数字图像处理技术的锅炉火焰检测与污染物排放特性研究[D]. 郭建民. 中国科学院研究生院（工程热物理研究所）. 2006
[8]. 基于CCD图像传感器的高温温度场非接触软测量研究[D]. 孙元. 中南大学. 2007
[9]. 基于ARM的火焰温度图像测量系统[J]. 孔明, 杨明, 郭天太, 赵军. 中国测试. 2018
[10]. 燃煤锅炉炉膛火焰温度场和浓度场测量及燃烧诊断的研究[D]. 卫成业. 浙江大学. 2001
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