[发明专利]一种基于彩色火焰图像处理的锅炉炉内三维温度场分布检测方法

说明书

本发明是一种基于彩色火焰图像处理的锅炉炉内三维温度场分布检测方法,其特点是，所述方法通过彩色CCD相机采集辐射图像，并重建温度场。其考虑到了辐射特性参数随空间位置变化对温度场分布检测的影响，将辐射特性参数以空间坐标的多项式表示，通过迭代方法计算出对位置变化对温度场分布检测的影响的修正。能有效减小通过彩色火焰图像处理检测温度场分布的误差。

技术领域

本发明属于热辐射温度检测领域，是一种基于彩色火焰图像处理的锅炉炉内三维温度场分布检测方法。

背景技术

锅炉被广泛应用于发电、冶金、化工等工业领域。锅炉内的燃烧是利用化学燃料的主要方式之一，通过炉膛内的三维温度场检测对锅炉进行优化控制具有非常重要的意义。在电力、冶金、石化、玻璃制造等行业中，各种锅炉、窑炉、冶炼炉、加热炉等大型高温系统是关键的设备和装置。在这些高温热系统中，开展温度测量，特别是温度分布的测量，对于提高生产效率、节约生产成本，以及降低污染物排放，有着重要的实际作用。

锅炉炉膛内的燃烧过程是发生在较大空间范围内的、不断脉动的、具有明显三维特征的物理和化学过程，火焰温度分布是燃料在经过高温化学反应、流动以及传热传质过程后的综合体现，已有研究人员运用火焰图像处理技术检测出炉膛内的二维燃烧温度，这里所说的二维燃烧温度是火焰三维温度场在二维平面上的叠加，它不能反映炉膛中某点的温度。

随着CCD相机及其配套镜头生产制造工艺的提升，CCD相机的造价成本降低、性能大幅提升，相对低廉的成本使其成为适合于实际炉膛中的、可以实现火焰三维温度测量的硬件设备。

目前温度测量的手段可以分为接触式和非接触式两大类，接触式测温有热电偶、电阻温度传感器等，非接触式测温方法有红外测温和声波测温。

热电偶测温会干扰到被测量物体的温度，并且只能够测量一些点的温度。红外测温的技术方法有全辐射测温、亮度测温和比色测温，全辐射测温接收全波长范围的辐射，按照黑体辐射定律算出测量温度，亮度测温测量波长λ附近一窄带光谱辐射能量，依据光谱辐射定律计算测量温度，比色测温利用利用两邻近波长光谱辐射能量比值测量温度。但这些测量手段也只能测量某点的温度。声波测温是通过测声速和频率的变化测量温度，由于温度变化导致介质中声波速度变化，检测声波速度的变化就可以计算出温度，在整个炉内布置多处测量装置，并对检测数据进行成像就可以获得温度场的分布，但声波测量存在延迟，同时会较大受到烟气中烟灰的影响。

目前对于使用CCD成像测量温度分布也有一些研究，但是，使用CCD成像测量温度分布都是以介质的物理性质均匀假设为前提，没有考虑到介质的辐射特性随空间位置变化对测量温度分布的影响。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的缺点，提供一种基于彩色火焰图像处理的锅炉炉内三维温度场分布检测方法，其通过CCD相机采集炉内图像，根据图像通过迭代法计算出介质辐射特性随空间变化对温度分布检测的影响，并计算出对介质辐射特性随空间变化影响的修正后的温度场分布。

本发明解决技术问题的技术方案是：一种基于彩色火焰图像处理的锅炉炉内三维温度场分布检测方法,其特征在于，所述方法包括如下步骤：

1)将炉内表面反射率ρ，介质散射系数σ_s，吸收系数κ表达为多项式形式如下：

①炉内表面反射率ρ为式(1)

ρ＝a₀+a₁x+a₂y+a₃x²+a₄y²+a₅xy+...... (1)

②炉内介质吸收系数κ为式(2)