[发明专利]一种基于红外图像的实时固体燃料料层厚度的测量方法

说明书

本发明涉及燃烧测量技术领域，具体公开一种基于红外图像的实时固体燃料料层厚度的测量方法，包括如下步骤：(1)获取固体燃料红外图像；(2)分割红外图像得到二值化图像；(3)识别二值化图像中燃烧火线位置；(4)根据火线位置，以燃料底部位置为参考位置，实时计算固体燃料料层的厚度。本发明的测量方法是一种非接触式的固体燃料料层厚度测量方法，对燃烧过程完全没有影响，同时本发明还能实时获取高温物体的燃烧情况，利用高温物体以及其火焰都会产生红外辐射的特性，更为准确的测量固体燃料的厚度，方法在理论上更可靠，对高温燃烧领域的应用具有重要意义。

技术领域

本发明涉及燃烧测量技术领域，具体涉及一种基于红外图像的实时固体燃料料层厚度的测量方法。

背景技术

固体燃料燃烧过程稳定性较难控制，现阶段对于固体燃料燃烧的状态监测与诊断技术，多集中于火焰温度、燃烧过程中的各相物质组成。其中，通过测量物体辐射的红外能量及其发射率，能够在特定范围内测量到确定物体的温度。且利用红外热成像仪或者红外相机，可以在相对较大的范围内测量到许多温度点，以生产二维温度图像，构成热成像图，可以大面积监视燃烧情况。因此红外相机在燃烧诊断领域内应用颇多。

如杨立等(杨立.红外热像仪测温计算与误差分析[J].红外技术,1999(04):20-24.)在红外热像仪测温计算与误差分析中公开了红外热像仪在测量过程中收到被测表面的各项特性影响，误差较大，精度较低，特别是一些发射率、吸收率等无法估量的表面；

戴媛媛等(戴媛媛,任建立.基于红外测温的电站锅炉温度检测与二维温度场重建[J].中国仪器仪表,2019(05):63-67.)在基于红外测温的电站锅炉温度检测与二维温度场重建中公开了基于红外辐射测温原理，提出利用红外比色测温技术检测电站锅炉炉内温度，研究并推导锅炉温度场重建算法，设计开发了1套基于红外测温的电站锅炉温度检测和二维温度场重建系统，并将系统应用于电厂锅炉从而验证了系统的实时性以及准确性。该系统可应用于高效脱硝，燃烧优化等领域，使发电过程实现更精确化控制。

也有利用红外对固体中一些特定成分含量的检测(李杰,刘欣,刘宇星,李建强.红外光谱法测定煤炭中全硫的方法改进[J].煤炭技术,2021,40(02):187-191)

但这些方法并未针对固体燃料的特性，充分利用红外相机能力，更全面的监视固体燃料燃烧状况。且对于固体燃料而言，固体燃料料层高度，对于固体燃料持续稳定燃烧具有重要意义。目前尚无一种能够利用红外图像实时测量固体燃料厚度的方法。

发明内容

本发明基于现有技术中无法对固体燃料的厚度进行实时测定，提供一种基于红外图像的实时固体燃料料层厚度的测量方法，该方法利用红外图像即可实现对固体燃料料层厚度的评估和测量，对高温燃烧领域的工业应用具有重要意义。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种基于红外图像的实时固体燃料料层厚度的测量方法，包括如下步骤：

(1)获取固体燃料红外图像：采用红外相机拍摄燃烧室内固体燃料，获得固体燃料的红外图像；

(2)分割红外图像：选择合适阈值ξ对步骤(1)获得的红外图像进行分割，图像中强度值大于等于阈值的记为1，低于阈值的记为0，得到二值化图像，分割公式如下：

其中，B表示二值化图像，I表示原图像，i,j表示图像中第i行，第j列个像素点；ξ表示选取的阈值；

(3)识别二值化图像中燃烧火线位置：采用选取的阈值对二值化图像进行轮廓检测，轮廓的上边缘为燃烧火线位置；

(4)计算燃料料层厚度：根据步骤(3)的火线位置，以燃料底部位置为参考位置，实时计算固体燃料料层的厚度，具体计算公式如下：