本發明涉及冶金工業之用的高爐燃燒帶溫度場檢測裝置，用于實時檢測高爐燃燒帶的溫度場分布。

背景技術：

高爐燃燒帶是高爐熱量和煤氣的發源地，對高爐初始煤氣流分布有重要影響，是決定高爐鐵水質量、高爐軟熔帶高度及形狀、高爐爐缸活躍性的重要參數。燃燒帶的溫度場分布能夠為高爐判斷熱制度、鐵水質量的好壞、冶煉周期的長短提供重要的參考依據，同時也是判斷煤粉燃燒狀態、節能減排的重要基礎。因此實時有效準確的檢測高爐燃燒帶的溫度場分布對保證高爐穩定順行、生產優質鐵水、節能減排、提質增效具有重要的意義。

目前，國外如日本、美國、韓國的一些冶金企業，以及國內的鋼鐵研究總院、武漢鋼鐵公司、馬鋼、首鋼等單位先后在高爐風口設置風口探測器，通過光纖將風口攝像機拍攝到的圖像傳輸到高爐操作室以檢測高爐風口的煤粉燃燒狀況。但由于現有的高爐風口檢測裝置配置簡單，無法得到準確的高爐燃燒帶溫度場分布

針對這一問題，現已開發了在高爐風口窺視孔上使用基于彩色CCD(Charge-coupled Device，電荷耦合元件)相機的檢測系統，該系統能夠同時提供煤粉燃燒的實時視頻，還能夠利用圖像RGB(Red-gree-bule，光的三原色)值與溫度的對應關系，建立火焰圖像的溫度場曲線，以此顯示出溫度場分布。該方法由于沒有采用有效的算法處理，因此建立的對應關系誤差極大，無法準確的得到高爐燃燒帶的溫度場分布，無法為高爐冶煉提供有效的參考，不適于高爐實際操作情況。

為此，馬鋼又嘗試采用分光系統，使用彩色CCD與高溫近紅外CCD的雙CCD的復合攝像探頭，通過變送轉換單元、圖像信息分析系統以此連接，將攝取的圖像傳輸到高爐操作室，同時提供對應的溫度分布熱圖像及溫度曲線。但由于采用比色法計算溫度曲線時，沒有對采集系統的復合攝像探頭進行黑體爐標定，沒有有效的選擇比色法所需的單波長輻射圖像，同時沒有對攝像探頭進行黑體爐標定。因此該發明中檢測出的溫度場分布不夠準確，也沒法提供有效的高爐燃燒帶溫度場信息。其監測裝置的穩定性及準確性存疑，未見文獻報道及推廣使用的情況。

技術實現要素：

針對目前高爐燃燒帶溫度場檢測中存在的問題，本發明提出一種高爐燃燒帶溫度場檢測的裝置和方法，通過在高爐操作室計算機顯示屏不僅提供實時的高爐燃燒帶火焰燃燒的視頻圖像，同時提供高爐燃燒帶的溫度場分布，有助于掌握高爐下部的煤粉燃燒情況、爐缸的活躍程度，同時也為及時調節高爐爐況、節能減排、提高資源利用率提供了重要參考。

一種基于比色法的高爐燃燒帶溫度場檢測裝置，包括分光系統、采集系統、傳輸系統、圖像儲存顯示系統、數據分析及處理系統，燃燒帶輻射出的光線，經過分光系統，進入采集系統后被黑白CCD工業相機所拍攝，經過傳輸系統將信號傳輸至圖像儲存顯示系統，顯示燃燒帶工況及數據分析及處理系統計算并顯示溫度場分布，其特征在于：所述分光系統中的耐高溫防塵套管能夠有效的防止高爐周圍的粉塵對檢測系統的影響，采集系統中采用兩個不同波長的窄帶通濾光片放置于CCD工業相機的前端，以獲取特定波長的輻射圖像，數據分析及處理系統能夠對輻射圖像去除噪聲、去除背景雜散光及邊緣提取預處理功能，同時能夠將黑體標定數據帶入經過改進的比色法計算模型中，同時后處理采用偏最小二乘法及主元分析法；通過預處理、改進的比色法模型、黑體爐標定及后處理，大幅提高了計算的準確度，減小了誤差，同時提高了燃燒帶溫度場的檢測裝置的靈敏度。

高爐燃燒帶的輻射光線從風口窺視孔進入分光系統，該光被分光鏡和反射鏡分為兩路均勻的光束，隨之進入采集系統。采集系統拍攝的圖像信息經過傳輸系統進入圖像儲存顯示系統，該系統能將燃燒帶的火焰呈現在顯示器上，供操作者觀察風口燃燒情況。其他的圖像信號進入數據分析及處理系統，經過前期的預處理及比色法測溫模型的計算，最終得出燃燒帶的溫度場分布。

所述分光系統包括耐高溫防塵套管、耐高溫光學玻璃、分光鏡、反射鏡，耐高溫光學玻璃放置于耐高溫防塵套管的前端，分光鏡與其在同一水平線呈45度角放置，反光鏡在分光鏡正下方與水平線呈45度角放置。

所述采集系統由兩個不同波長的窄帶通濾光片、兩個鏡頭、兩個黑白CCD工業相機組成。窄帶通的濾光片安裝于鏡頭的前端，鏡頭安裝于CCD前端。

所述數據分析及處理系統主要由預處理模塊、黑體爐標定曲線模塊、比色法計算模型模塊、后處理模塊、溫度場彩色圖像顯示模塊。圖像預處理由中值濾波去除噪聲、邊緣提取、背景雜散光去除、判斷某些像素是否出現過飽和現象組成。標定曲線模塊是該套系統在1900℃到2600℃的黑體爐標定出的曲線，該曲線能夠計算出比色法中與CCD相關的參數。后處理模塊由最小二乘法及主元分析法組成，溫度場顯示模塊由溫度場分布云圖、最大值、最小值、平均值組成。

所述的高爐燃燒帶溫度場檢測裝置通過耐高溫防塵套管固定于高爐風口窺視孔上。

本發明的有益效果是：采用基于比色法的燃燒帶溫度場檢測系統，選取兩個適合波長的窄帶通濾光片，能夠有效的消除計算模型帶來的誤差。同時通過前期的實驗過程，選擇有效的相機參數組合以解決CCD工業相機的過飽和問題輸出問題，并采用優化相機的參數，提高了相機檢測的靈敏度。針對高爐生產現場高溫及灰塵對測溫過程的干擾，開發了耐高溫防塵套管，以減少灰塵及高溫對溫度場檢測結果造成的影響。針對CCD工業相機所拍攝圖像的溫度場計算問題，本發明提出了改進的比色法模型，通過對CCD工業相機的黑體爐標定，并采用前期預處理及后處理算法，大幅度提高了所計算溫度場的準確性。同時為高爐操作者顯示風口煤粉燃燒及其他的相關工作狀態，并提供高爐燃燒帶的溫度場分布及極值。有助于掌握高爐下部的煤粉燃燒狀態、爐缸的活躍程度，同時也為及時調節高爐爐況、節能減排、提高資源利用率提供了重要參考。

附圖說明

圖1是本發明的結構示意圖。

圖中：1為風口本體，2為窺視孔，3為耐高溫防塵風口套管，4為耐高溫光學玻璃，5為分光鏡，6為反射鏡，7窄帶通濾光片，8為CCD工業相機及鏡頭，9為傳輸系統，10為圖像儲存顯示系統，11為數據分析及處理系統。

圖2為高爐燃燒帶溫度場檢測的方法流程圖。

具體實施方式

為了準確檢測高爐燃燒帶溫度場分布，本發明實施例提供了一種基于比色法的新型高爐燃燒帶溫度場檢測裝置，以下結合說明書附圖對本發明的優選實施例進行說明，應當理解，此處所描述的優選實施例僅用于說明和解釋本發明，并不用于限定本發明。并且在不沖突的情況下，本申請中的實施例及實施例中的特征可以相互組合。

圖1為本發明的結構示意圖，圖2為高爐燃燒帶溫度場檢測的方法流程圖，這些附圖均為簡化的示意圖，并以示意方式說明本發明基本結構，因此僅顯示了與本發明相關的構成。

如圖1所示，本高爐燃燒帶溫度場檢測裝置，包括分光系統、采集系統、傳輸系統、圖像儲存顯示系統、數據分析及處理系統。高爐燃燒帶的輻射光從風口窺視孔經由耐高溫光學玻璃(4)進入檢測裝置，該光被分光鏡(5)及反射鏡(6)分為兩路均勻的光束，待光束進入采集系統后，光束分別經過窄帶通濾光片(7)、鏡頭，最終到達黑白CCD工業相機(8)的靶面，經過CCD工業相機的內部光電轉換模塊將光信號轉變為電信號，并將該電信號輸出至傳輸系統(9)。需要注意的是，由于高爐燃燒帶輻射強度太強，容易造成黑白CCD工業相機出現過飽和的現象，因此需要調整相機的參數如光圈大小、曝光時間、增益等參數，使所拍攝的圖像在高爐燃燒帶溫度變化范圍內不出現過飽和的現象。

傳輸系統(9)將電信號分為兩路，第一路傳輸至圖像儲存顯示系統(10)，該系統能將燃燒帶的火焰呈現在顯示器上，供高爐操作者觀察風口燃燒、渣皮脫落、煤粉噴吹的狀態。第二路電信號進入數據分析及處理系統(11)，經過預處理模塊，將圖像經過中值濾波去除噪聲、去除背景雜散光、邊緣提取、去除不符合輻射規律的點，得到較為準確的原始圖像的RGB灰度值。通過將采集系統在黑體爐標定后的標定曲線帶入改進的雙色法計算模型中，計算得出燃燒帶的溫度場分布，再通過最小二乘法及主元分析法進行等后處理，得出最終的燃燒帶的溫度場分布圖及最大值、最小值、平均值等數據。

顯然，本領域的技術人員可以對本發明進行各種改動和變形而不脫離本發明的精神和范圍。這樣，倘若本發明的這些修改和變形屬于本發明權利要求及其等同技術的范圍之內，則本發明也意圖包含這些改動和變形在內。