一种基于比色法的高炉燃烧带温度场检测装置的制作方法

本发明涉及冶金工业之用的高炉燃烧带温度场检测装置，用于实时检测高炉燃烧带的温度场分布。

背景技术：

高炉燃烧带是高炉热量和煤气的发源地，对高炉初始煤气流分布有重要影响，是决定高炉铁水质量、高炉软熔带高度及形状、高炉炉缸活跃性的重要参数。燃烧带的温度场分布能够为高炉判断热制度、铁水质量的好坏、冶炼周期的长短提供重要的参考依据，同时也是判断煤粉燃烧状态、节能减排的重要基础。因此实时有效准确的检测高炉燃烧带的温度场分布对保证高炉稳定顺行、生产优质铁水、节能减排、提质增效具有重要的意义。

目前，国外如日本、美国、韩国的一些冶金企业，以及国内的钢铁研究总院、武汉钢铁公司、马钢、首钢等单位先后在高炉风口设置风口探测器，通过光纤将风口摄像机拍摄到的图像传输到高炉操作室以检测高炉风口的煤粉燃烧状况。但由于现有的高炉风口检测装置配置简单，无法得到准确的高炉燃烧带温度场分布

针对这一问题，现已开发了在高炉风口窥视孔上使用基于彩色CCD(Charge-coupled Device，电荷耦合元件)相机的检测系统，该系统能够同时提供煤粉燃烧的实时视频，还能够利用图像RGB(Red-gree-bule，光的三原色)值与温度的对应关系，建立火焰图像的温度场曲线，以此显示出温度场分布。该方法由于没有采用有效的算法处理，因此建立的对应关系误差极大，无法准确的得到高炉燃烧带的温度场分布，无法为高炉冶炼提供有效的参考，不适于高炉实际操作情况。

为此，马钢又尝试采用分光系统，使用彩色CCD与高温近红外CCD的双CCD的复合摄像探头，通过变送转换单元、图像信息分析系统以此连接，将摄取的图像传输到高炉操作室，同时提供对应的温度分布热图像及温度曲线。但由于采用比色法计算温度曲线时，没有对采集系统的复合摄像探头进行黑体炉标定，没有有效的选择比色法所需的单波长辐射图像，同时没有对摄像探头进行黑体炉标定。因此该发明中检测出的温度场分布不够准确，也没法提供有效的高炉燃烧带温度场信息。其监测装置的稳定性及准确性存疑，未见文献报道及推广使用的情况。

技术实现要素：

针对目前高炉燃烧带温度场检测中存在的问题，本发明提出一种高炉燃烧带温度场检测的装置和方法，通过在高炉操作室计算机显示屏不仅提供实时的高炉燃烧带火焰燃烧的视频图像，同时提供高炉燃烧带的温度场分布，有助于掌握高炉下部的煤粉燃烧情况、炉缸的活跃程度，同时也为及时调节高炉炉况、节能减排、提高资源利用率提供了重要参考。

一种基于比色法的高炉燃烧带温度场检测装置，包括分光系统、采集系统、传输系统、图像储存显示系统、数据分析及处理系统，燃烧带辐射出的光线，经过分光系统，进入采集系统后被黑白CCD工业相机所拍摄，经过传输系统将信号传输至图像储存显示系统，显示燃烧带工况及数据分析及处理系统计算并显示温度场分布，其特征在于：所述分光系统中的耐高温防尘套管能够有效的防止高炉周围的粉尘对检测系统的影响，采集系统中采用两个不同波长的窄带通滤光片放置于CCD工业相机的前端，以获取特定波长的辐射图像，数据分析及处理系统能够对辐射图像去除噪声、去除背景杂散光及边缘提取预处理功能，同时能够将黑体标定数据带入经过改进的比色法计算模型中，同时后处理采用偏最小二乘法及主元分析法；通过预处理、改进的比色法模型、黑体炉标定及后处理，大幅提高了计算的准确度，减小了误差，同时提高了燃烧带温度场的检测装置的灵敏度。

高炉燃烧带的辐射光线从风口窥视孔进入分光系统，该光被分光镜和反射镜分为两路均匀的光束，随之进入采集系统。采集系统拍摄的图像信息经过传输系统进入图像储存显示系统，该系统能将燃烧带的火焰呈现在显示器上，供操作者观察风口燃烧情况。其他的图像信号进入数据分析及处理系统，经过前期的预处理及比色法测温模型的计算，最终得出燃烧带的温度场分布。

所述分光系统包括耐高温防尘套管、耐高温光学玻璃、分光镜、反射镜，耐高温光学玻璃放置于耐高温防尘套管的前端，分光镜与其在同一水平线呈45度角放置，反光镜在分光镜正下方与水平线呈45度角放置。

所述采集系统由两个不同波长的窄带通滤光片、两个镜头、两个黑白CCD工业相机组成。窄带通的滤光片安装于镜头的前端，镜头安装于CCD前端。

所述数据分析及处理系统主要由预处理模块、黑体炉标定曲线模块、比色法计算模型模块、后处理模块、温度场彩色图像显示模块。图像预处理由中值滤波去除噪声、边缘提取、背景杂散光去除、判断某些像素是否出现过饱和现象组成。标定曲线模块是该套系统在1900℃到2600℃的黑体炉标定出的曲线，该曲线能够计算出比色法中与CCD相关的参数。后处理模块由最小二乘法及主元分析法组成，温度场显示模块由温度场分布云图、最大值、最小值、平均值组成。

所述的高炉燃烧带温度场检测装置通过耐高温防尘套管固定于高炉风口窥视孔上。

本发明的有益效果是：采用基于比色法的燃烧带温度场检测系统，选取两个适合波长的窄带通滤光片，能够有效的消除计算模型带来的误差。同时通过前期的实验过程，选择有效的相机参数组合以解决CCD工业相机的过饱和问题输出问题，并采用优化相机的参数，提高了相机检测的灵敏度。针对高炉生产现场高温及灰尘对测温过程的干扰，开发了耐高温防尘套管，以减少灰尘及高温对温度场检测结果造成的影响。针对CCD工业相机所拍摄图像的温度场计算问题，本发明提出了改进的比色法模型，通过对CCD工业相机的黑体炉标定，并采用前期预处理及后处理算法，大幅度提高了所计算温度场的准确性。同时为高炉操作者显示风口煤粉燃烧及其他的相关工作状态，并提供高炉燃烧带的温度场分布及极值。有助于掌握高炉下部的煤粉燃烧状态、炉缸的活跃程度，同时也为及时调节高炉炉况、节能减排、提高资源利用率提供了重要参考。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图中：1为风口本体，2为窥视孔，3为耐高温防尘风口套管，4为耐高温光学玻璃，5为分光镜，6为反射镜，7窄带通滤光片，8为CCD工业相机及镜头，9为传输系统，10为图像储存显示系统，11为数据分析及处理系统。

图2为高炉燃烧带温度场检测的方法流程图。

具体实施方式

为了准确检测高炉燃烧带温度场分布，本发明实施例提供了一种基于比色法的新型高炉燃烧带温度场检测装置，以下结合说明书附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。并且在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

图1为本发明的结构示意图，图2为高炉燃烧带温度场检测的方法流程图，这些附图均为简化的示意图，并以示意方式说明本发明基本结构，因此仅显示了与本发明相关的构成。

如图1所示，本高炉燃烧带温度场检测装置，包括分光系统、采集系统、传输系统、图像储存显示系统、数据分析及处理系统。高炉燃烧带的辐射光从风口窥视孔经由耐高温光学玻璃(4)进入检测装置，该光被分光镜(5)及反射镜(6)分为两路均匀的光束，待光束进入采集系统后，光束分别经过窄带通滤光片(7)、镜头，最终到达黑白CCD工业相机(8)的靶面，经过CCD工业相机的内部光电转换模块将光信号转变为电信号，并将该电信号输出至传输系统(9)。需要注意的是，由于高炉燃烧带辐射强度太强，容易造成黑白CCD工业相机出现过饱和的现象，因此需要调整相机的参数如光圈大小、曝光时间、增益等参数，使所拍摄的图像在高炉燃烧带温度变化范围内不出现过饱和的现象。

传输系统(9)将电信号分为两路，第一路传输至图像储存显示系统(10)，该系统能将燃烧带的火焰呈现在显示器上，供高炉操作者观察风口燃烧、渣皮脱落、煤粉喷吹的状态。第二路电信号进入数据分析及处理系统(11)，经过预处理模块，将图像经过中值滤波去除噪声、去除背景杂散光、边缘提取、去除不符合辐射规律的点，得到较为准确的原始图像的RGB灰度值。通过将采集系统在黑体炉标定后的标定曲线带入改进的双色法计算模型中，计算得出燃烧带的温度场分布，再通过最小二乘法及主元分析法进行等后处理，得出最终的燃烧带的温度场分布图及最大值、最小值、平均值等数据。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变形而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变形属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变形在内。