[发明专利]一种高图像分辨率的检测单颗粒燃烧过程的装置及方法

说明书

本发明提供一种高图像分辨率的检测单颗粒燃烧过程的装置及方法，包括固定基座，固定基座上设置有高速相机，高速相机上设置有放大镜头，高速相机上的放大镜头前设置有转镜底座，转镜底座上安装有高清反射镜片，转镜底座的后端设置有变频电机，转镜底座与变频电机之间设置有电机减速器，高速相机和变频电机通过控制模块进行控制，固定基座上设置有水平仪，获取单颗粒完整燃烧过程的高分辨率图像，拍摄过程中高速相机无需移动。无需额外的速度预测系统，利用高速相机固定视角拍摄固体燃料颗粒下落的整个过程，根据每帧图像中固体燃料颗粒距离下落起点像素数的变化计算固体燃料颗粒下落的位置函数与速度函数，转换为电机变频控制的频率控制函数。

技术领域

本发明涉及单颗粒燃烧检测技术领域，尤其涉及一种高图像分辨率的检测单颗粒燃烧过程的装置及方法。

背景技术

固体燃料燃烧特性的研究是实现固体燃料洁净燃烧的基础，国内外常用于固体燃料燃烧特性研究的热分析方法主要包括热重分析法(TG)、差热分析法(DTA)和差式扫描量法(DSC)等。利用热分析方法能够得到物性参数和工况参数对燃料的燃烧过程、燃烧特性参数和动力学参数的影响，但是热分析方法属于宏观检测方法，无法实现对单一颗粒整个燃烧过程的在线检测。

固体燃料单颗粒燃烧过程的在线检测经常利用高速摄影手段实现，可以获取固体燃料单颗粒在不同燃烧参数下的着火特性和表面温度等信息。由于电站锅炉中煤粉颗粒的直径通常很小(小于100μm)，以往获取此粒径单颗粒燃烧过程的图像一般采用两种方案。方案一：固体燃料单颗粒由器材承托置于热氛围中加热，高速相机在适当距离内固定位置拍摄；方案二：固体燃料单颗粒从加热区上方坠入，高速相机在固体燃料单颗粒下落轨迹的一侧固定位置拍摄。方案一中高速相机镜头与固体燃料单颗粒相对静止，可以通过调节位置与镜头获取高分辨率的图像，但是固体燃料颗粒需要器材承托，其燃烧特性会受到承托器材的干扰，这与煤粉颗粒在炉膛内的悬浮燃烧不符；方案二中固体燃料颗粒虽然不需要器材承托，但由于高速相机的画幅需覆盖固体燃料单颗粒下落的整个过程，图像的高分辨率难以保证。

发明内容

本发明的目的是提供一种高图像分辨率的检测单颗粒燃烧过程的装置及方法，利用受控转动镜片将单颗粒整个燃烧过程的图像实时反射给高速相机，通过对测量距离和高速相机镜头焦距的调节，可以获取单颗粒完整燃烧过程的高分辨率图像，拍摄过程中高速相机无需移动。本方法无需额外的速度预测系统，利用高速相机固定视角拍摄固体燃料颗粒下落的整个过程，根据每帧图像中固体燃料颗粒距离下落起点像素数的变化计算固体燃料颗粒下落的位置函数与速度函数，并转换为电机变频控制的频率控制函数。将频率控制函数载入计算机，即可实现本装置中转镜的自动控制。此外，由于本装置中对受控转动镜片的特殊设计，追踪角可以达到180°的全覆盖。

本发明提供一种高图像分辨率的检测单颗粒燃烧过程的装置，包括固定基座，所述固定基座上设置有高速相机，所述高速相机上设置有放大镜头，所述高速相机上的放大镜头前设置有转镜底座，所述转镜底座上安装有高清反射镜片，所述转镜底座的后端设置有变频电机，所述转镜底座与变频电机之间设置有电机减速器，所述高速相机和变频电机通过控制模块进行控制，所述固定基座上设置有水平仪。

进一步改进在于：所述控制模块包括计算机、PLC控制器、制动电阻和变频器，所述计算机通过以太网线连接高速相机，计算机和PLC控制器通过USB转串口线连接，所述PLC控制器与变频器通过串口线连接，制动电阻连接在变频器上，变频器通过三相电线连接变频电机。

进一步改进在于：所述转镜底座与变频电机之间设置有静电吸附器，所述静电吸附器下方为石英管包围的垂直加热区，石英管包围的垂直加热区内具有能够引燃垂直下落燃料颗粒的均匀高温，PLC控制器通过电缆与静电吸附器进行通讯，静电吸附器充电完成后吸附起初始位置燃料颗粒，放电后初始位置燃料颗粒开始下落。

进一步改进在于：所述静电吸附器上设置有指示灯，通过指示灯对静电吸附器的充电放电状态进行指示。

进一步改进在于：所述高清反射镜片呈45°夹角固定于转镜底座上，两者合称转镜。