CN102393027A - 一种炉膛三维温度场重建方法 - Google Patents

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于洋
刘晓阳
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Abstract

一种炉膛三维温度场重建方法，它利用CCD摄像采集及计算机处理系统获得燃烧火焰彩色图像，基于火焰图像像素点R、G、B值，由神经网络BP算法获得燃烧火焰图像的二维温度，结合辐射传递方程的逆求解，进而求得炉膛内燃烧火焰三维温度分布。本发明设计科学、富有创意、充分体现大型锅炉内煤粉燃烧的三维特征，对锅炉安全、经济效益、洁净运行等具有重要意义。系统结构紧凑、耗材少、寿命长、性能稳定、可靠、维修方便且测量三维温度精度高，能实时掌握炉内火焰燃烧状况。

Description

一种炉膛三维温度场重建方法
技术领域
    本发明涉及的是温度检测方法，具体是基于炉膛内煤粉燃烧火焰温度图像的一种三维温度场重建方法。        
背景技术
目前，传统的锅炉燃烧检测装置一般采用工业电视监视的方法，即炉膛安全监视系统，它通过火焰颜色和亮度来判断锅炉的燃烧状况，以保证燃烧火焰不熄灭，它能在锅炉正常工作和启停等各种运行工况下，连续地密切监视燃烧系统的参数和状态，不断地进行逻辑判断和运算，必要时发出动作指令，使燃烧设备按照合理的程序完成操作，以保证锅炉燃烧的安全。但它主要集中在火焰“有”或“无”的判断上，很难保证锅炉的安全运行向提高运行经济性、降低污染物排放（清洁燃烧）、实现燃烧的在线诊断等更高层次的领域发展。
本发明设计科学、富有创意、充分体现大型锅炉内煤粉燃烧的三维特征，对锅炉安全、经济效益、洁净运行等具有重要意义。系统结构紧凑、耗材少、寿命长、性能稳定、可靠、维修方便且测量三维温度精度高，能实时掌握炉内火焰燃烧状况。
    
发明内容
本发明提供一种炉膛燃烧温度图像检测方法，其目的在于减少双色法温度图像检测方法和彩色图像采集、处理的复杂性，提高计算精度，实现锅炉的安全运行向提高运行经济性、降低污染物排放（清洁燃烧）、以及燃烧的在线诊断等更高层次的领域发展。
采用的技术方案是
本发明涉及的是温度检测方法，采用高温镜头，彩色CCD摄像机获取炉膛燃烧火焰彩色图像，其特征在于包括以下工艺过程：
（1）、将某一时刻的炉膛内燃烧火焰图片按一定区域单元进行划分（如燃烧火焰图片对应453×213个像素点可转换为40×30个区域单元）。
（2）、利用黑体炉标定，选取至少35组数据作为训练样本（输入层R、G、B值，输出层温度），训练BP神经网络模型后获得燃烧火焰图片40×30个区域单元对应的二维温度值（输入层为燃烧火焰图片40×30区域内每一区域内平均像素的R、G、B值，输出层为燃烧火焰图片对应区域内的二维温度值）。
（3）、由燃烧火焰图片对应的二维温度值，根据辐射方程逆求解得到炉膛燃烧火焰三维温度分布。为解决方程的奇异性，采用修正Tikhonov正则化方法建立了一种大型炉内三维温度场重建方法。即用非迭代的方法进行温度分布的重建。重建后的三维温度为：                                                 
Figure 2011103155566100002DEST_PATH_IMAGE001
其中：
Figure 135800DEST_PATH_IMAGE002
为辐射能量成像矩阵。
D为正则化矩阵参数，主要是为解决热辐射传递方程的病态问题而引入，其特点是，任何一个都要依次作为中心与其邻近单元之间建立约束关系。
Figure 990623DEST_PATH_IMAGE004
为正则化参数，因炉内三维温度分布T是从辐射能图像E中重建获得，根据CCD摄像机获取的炉膛内燃烧火焰图片，建立多种辐射成像信息和炉膛燃烧温度分布之间的方程 AT=b。    
       K(i)系数矩阵,代表
Figure 770360DEST_PATH_IMAGE002
矩阵的行和。
本发明设计科学、富有创意、充分体现大型锅炉内煤粉燃烧的三维特征，对锅炉安全、经济效益、洁净运行等具有重要意义。系统结构紧凑、耗材少、寿命长、性能稳定、可靠、维修方便且测量三维温度精度高，能实时掌握炉内火焰燃烧状况。
具体实施方式
一种炉膛三维温度场重建方法，采用高温镜头，彩色CCD摄像机获取炉膛燃烧火焰彩色图像，具体包括以下工艺过程：
（1）、燃烧火焰图片对应453×213个像素点，对应划分40×30个区域单元
（2）、利用黑体炉标定，选取至少36组数据作为训练样本（输入层R、G、B值，输出层温度），训练BP神经网络模型后获得燃烧火焰图片40×30个区域单元对应的二维温度值（输入层为燃烧火焰图片40×30区域内每一区域内平均像素的R、G、B值，输出层为燃烧火焰图片对应区域内的二维温度值）。
（3）、由燃烧火焰图片对应的二维温度值
Figure 165570DEST_PATH_IMAGE003
，根据辐射方程逆求解得到炉膛燃烧火焰三维温度分布。为解决方程的奇异性，采用修正Tikhonov正则化方法建立了一种大型炉内三维温度场重建方法。即用非迭代的方法进行温度分布的重建。重建后的三维温度为：  
Figure 917625DEST_PATH_IMAGE001
其中：为辐射能量成像矩阵。
D为正则化矩阵参数，主要是为解决热辐射传递方程的病态问题而引入，其特点是，任何一个单元都要依次作为中心与其邻近单元之间建立约束关系。
Figure 941874DEST_PATH_IMAGE004
为正则化参数，因炉内三维温度分布T是从辐射能图像E中重建获得，根据CCD摄像机获取的炉膛内燃烧火焰图片，建立多种辐射成像信息和炉膛燃烧温度分布之间的方程 AT=b。    
       K(i)系数矩阵,代表矩阵的行和。

Claims (1)

1.一种炉膛三维温度场重建方法，采用高温镜头，彩色CCD摄像机获取炉膛燃烧火焰彩色图像，其特征在于包括以下工艺过程：
（1）、将某一时刻的炉膛内燃烧火焰图片按一定区域单元进行划分（如燃烧火焰图片对应453×213个像素点可转换为40×30个区域单元）；
（2）、利用黑体炉标定，选取至少35组数据作为训练样本，训练BP神经网络模型后获得燃烧火焰图片40×30个区域单元对应的二维温度值；
（3）、由燃烧火焰图片对应的二维温度值                                               
Figure 2011103155566100001DEST_PATH_IMAGE002
，根据辐射方程逆求解得到炉膛燃烧火焰三维温度分布。
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