[发明专利]一种单CCD成像系统的炉膛内三维温度场检测装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种单CCD成像系统的炉膛内三维温度场检测装置及方法

背景技术

煤气化技术是发展煤基化学品、煤基液体燃料、先进的IGCC发电、多联产系统、制氢、燃料电池等过程工业的基础，是这些行业的共性技术、关键技术和龙头技术。气流床煤气化技术采用1300℃至1700℃的气化温度，液态排渣，使气化过程由900℃左右的化学反应控制(固定床)、1100℃左右的化学反应与传递共同控制(流化床)跃升为传递控制。气流床气化炉在高温、高压下运行，可能存在不正常工况，使炉内温度场分布不合理，火焰中心靠近炉壁导致局部温度过高，进而影响气化炉喷嘴和耐火衬里的使用寿命和效率。因此，监测气化炉内火焰特征及温度分布，对温度的监控、防止气化炉等设备的局部温度偏高、判别反应温度范围是否合理以及燃烧状态的判断、预测和诊断等方面有着十分重要的意义。

工业气化炉高温、高压的工作条件，使监测其内部火焰形态、实时温度场及耐火砖工作状态变得十分困难。相对于燃烧炉，较高的炉膛压力极大地局限了气化炉膛的图像采集口数量，基于多视角的三维温度场监测极难实现。因此需要一种能够耐高温及高压的炉膛火焰可视化系统，通过尽可能少的视角实现炉内三维温度场的检测，实现气流床气化装置的长周期稳定运行。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于单视角CCD成像系统的炉膛内三维温度场的检测装置及其检测方法。

本发明总的技术构思是：首先通过光学分层成像方法计算得到空间内不同截面的原始光亮度分布。光学分层成像方法是将三维结构的透明或半透明发光体看作由N层二维截面组合而成，利用固定位置的CCD相机对每层聚焦拍摄，并得到一系列投影图像，然后经算法反演得到每层的截面光亮度分布，由此重建染色体的三维光亮度分布。

厚度为D的三维透明物体发出单色非相干光，光亮度分布为f(x，y，z)，采用物距d_f、像距d_I的光学透镜成像系统对其进行光学成像。假定三维物空间坐标原点在物体左边界，z轴与光轴重合。物空间坐标为(x，y，z)，像面坐标为(x′，y′，z′)。

对位于z′的平面聚焦成像，所得像面的光亮度分布g′(x′，y′，z′)是z′平面的聚焦像和其他各层离焦像的叠加像。由傅里叶光学理论可知，对于线性平移不变光学成像系统，像面上的光亮度函数是相应物面上的光亮度函数和光学成像系统点扩散函数h(x，y，z₁-z′)的卷积，

g₁(x，y，z′)＝f(x，y，z)*h(x，y，z₁-z′)           (1)

所关注的是物体本身而非放大或缩小的像，因而将投影所成的像反投影至物空间焦平面上，此时聚焦z′平面时的光亮度分布为

g(x,y,z′)=∫0Tf(x,y,z)*h(x,y,z′-z)dz---(2)]]>

对其进行离散化，得