CN104089494B - 一种高温炉温度、压力和燃烧状态监控方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高温炉温度、压力和燃烧状态监控方法，该方法包括提供高温炉温度、压力和燃烧状态监控装置，包括：耐高温摄像机、图像处理器和控制器，所述图像处理器连接所述耐高温摄像机和所述控制器，所述图像处理器对所述耐高温摄像机拍摄的燃烧图像进行分析，以获得并输出燃烧图像中多个火焰的数量和每一个火焰的燃烧状态，所述控制器根据多个火焰的数量和每一个火焰的燃烧状态进行火焰熄灭报警；本发明还包括对高温炉内温度和压力进行检测和控制的器件。通过本发明，能够对高温炉内部的多个参数进行监控，以在出现异常情况时快速进行报警，提高高温炉使用的安全性。
Description
本发明是申请号为2013102295563、申请日为2013年6月8日、发明名称为“高温炉温度、压力和燃烧状态监控装置”的发明专利的分案申请。
技术领域
本发明涉及监控领域，尤其涉及一种高温炉温度、压力和燃烧状态监控装置。
背景技术
高温炉主要用于各工矿企业、科研单位化验室、实验室加温、热处理，是各类化验室中不可缺少的仪器设备。高温炉为人类提供方便的同时，也因为其高温高压的特性带来一些安全隐患，因此，为高温炉配备监控系统，以检测高温炉内部的参数，并在异常情况下采取紧急措施，从而避免严重的灾难发生。
但是，现有的高温炉监控系统一般结构单一，或只对高温炉内部温度进行检测和控制，或只对高温炉内部压力进行检测和控制，同时，缺少对燃烧器的燃烧状态的监控器件，常在停火一段时间而无法判断停火原因，另外，异常情况时的报警方式也比较简单，一般只是显示异常参数值供操作人员自行判断是否进行处理，智能化不高。
因此，需要一种高温炉温度、压力和燃烧状态监控装置，集成了对高温炉压力、温度、燃烧器状态的监控部件，节约了成本，还通过视音频报警方式、无线通信报警方式提高报警的自动化程度，方便与高温炉有关的单位和个人及时获得异常信息，以立即采取解决方案，从而保障现场工人的安全和现场设备的完整。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种高温炉温度、压力和燃烧状态监控方法，该方法包括提供一种高温炉温度、压力和燃烧状态监控装置，引入温度传感器、压力传感器、冷却器、压力调节器、耐高温摄像机和图像处理器，以分别对高温炉压力、温度、燃烧器状态进行监控，特别地，在图像处理器中通过对火焰识别和火焰燃烧状态的分析，智能地判断燃烧器的燃烧状态，节省监控系统的工程造价，提高了产品的智能化程度。
根据本发明的一方面，提供了一种高温炉温度、压力和燃烧状态监控方法，该方法包括提供一种高温炉温度、压力和燃烧状态监控装置，包括耐高温摄像机、图像处理器和控制器，所述图像处理器连接所述耐高温摄像机和所述控制器，所述图像处理器对所述耐高温摄像机拍摄的燃烧图像进行分析，以获得并输出燃烧图像中多个火焰的数量和每一个火焰的燃烧状态，所述控制器根据多个火焰的数量和每一个火焰的燃烧状态进行火焰熄灭报警。
更具体地，所述高温炉温度、压力和燃烧状态监控装置进一步包括：温度传感器，安装在高温炉的炉壁上，检测高温炉内部的气体温度，并输出气体温度值；压力传感器，安装在高温炉的顶部，为半导体应变片压力传感器，在单晶硅片上扩散一个惠斯通电桥，根据电压阻效应产生差动电压信号，以检测高温炉的内部压力，并输出内部压力值；耐高温摄像机，安装在高温炉的炉壁上，面对高温炉内部的燃烧装置，拍摄燃烧装置的燃烧图像，并输出拍摄的燃烧图像；冷却器，安装在高温炉的顶部，用水或空气为冷却剂以除去高温炉内部的热量；压力调节器，安装在高温炉的顶部，对高温炉内部的压力进行调节；图像处理器，连接所述耐高温摄像机以接收所述燃烧图像，对接收到的预定时间内的燃烧图像进行统计分析，判断当前燃烧装置燃烧的多个火焰，根据判断出的多个火焰对预定时间后的燃烧图像进行多个火焰区域划分，对划分出的每一个火焰区域进行每一个火焰的燃烧状态分析，并输出所述多个火焰的数量和每一个火焰的燃烧状态；控制器，设置在高温炉的远端，连接温度传感器、压力传感器、冷却器、压力调节器和图像处理器，接收气体温度值、内部压力值、多个火焰的数量和每一个火焰的燃烧状态，当气体温度值大于等于700度时，发出高温报警信号，并控制冷却器进行温度调节，当气体温度值小于700度且大于等于500度时，发出高温预警信号，不对冷却器进行温度调节控制，当内部压力值大于等于10兆帕斯卡时，发出高压报警信号，并控制压力调节器进行压力调节，当内部压力值小于10兆帕斯卡且大于等于8兆帕斯卡时，发出高压预警信号，不对压力调节器进行压力调节控制，还根据接收到的多个火焰的数量和每一个火焰的燃烧状态判断是否所有火焰都熄灭，如果所有火焰都熄灭，发出火焰熄灭报警信号；显示器，设置在高温炉的远端，连接控制器以接收并显示气体温度值、内部压力值、多个火焰的数量和每一个火焰的燃烧状态，并在接收到高温报警信号、高温预警信号、高压报警信号、高压预警信号或火焰熄灭报警信号时，显示与高温报警信号、高温预警信号、高压报警信号、高压预警信号或火焰熄灭报警信号对应的文字报警信息；扬声器，设置在高温炉的远端，连接控制器，并在接收到高温报警信号、高温预警信号、高压报警信号、高压预警信号或火焰熄灭报警信号时，播放与高温报警信号、高温预警信号、高压报警信号、高压预警信号或火焰熄灭报警信号对应的语音报警信息；无线通信装置，设置在高温炉的远端，连接控制器，并在接收到高温报警信号、高温预警信号、高压报警信号、高压预警信号或火焰熄灭报警信号时，通过无线通信网络将高温报警信号、高温预警信号、高压报警信号、高压预警信号或火焰熄灭报警信号对应的文字报警信息发送到高温炉所在单位的监控网络上或发送到监护工人的手机上；其中，所述判断当前燃烧装置燃烧的多个火焰包括，当燃烧图像中的像素的灰度值大于预定灰度值时，将所述像素被判定为火焰像素，所有火焰像素组成一个或多个火焰；其中，所述对划分出的每一个火焰区域进行每一个火焰的燃烧状态分析包括，当火焰区域中火焰像素的数量占火焰区域整个像素数量的比值大于等于预定阈值时，判定所述火焰区域中的火焰为燃烧状态，当火焰区域中火焰像素的数量占火焰区域整个像素数量的比值小于预定阈值时，判定所述火焰区域中的火焰为熄灭状态；其中，所述预定时间小于等于5秒，所述预定阈值为百分之三十，所述与高温报警信号、高温预警信号、高压报警信号、高压预警信号或火焰熄灭报警信号对应的语音报警信息被预存在存储器中。
更具体地，所述高温炉温度、压力和燃烧状态监控装置进一步包括：视频录像机，设置在高温炉的远端，连接所述耐高温摄像机以对所述耐高温摄像机拍摄的燃烧图像进行录像。
更具体地，所述高温炉温度、压力和燃烧状态监控装置进一步包括：驱动器，设置在高温炉内并连接所述耐高温摄像机以对所述耐高温摄像机的位置进行调整。
更具体地，所述高温炉温度、压力和燃烧状态监控装置进一步包括：所述图像处理器是美国德州仪器公司的DSP TMS320C6416。
附图说明
以下将结合附图对本发明的实施方案进行描述，其中：
图1根据本发明实施方案示出的高温炉温度、压力和燃烧状态监控装置的结构方框图。
其中，1、温度传感器；2、压力传感器；3、耐高温摄像机；4、冷却器；5、压力调节器；6、图像处理器；7、控制器；8、显示器；9、扬声器；10、无线通信装置。
具体实施方式
下面将参照附图对本发明的高温炉温度、压力和燃烧状态监控装置的实施方案进行详细说明。
图1示出根据本发明实施方案示出的高温炉温度、压力和燃烧状态监控装置的结构方框图。其中高温炉温度、压力和燃烧状态监控装置包括，耐高温摄像机3、图像处理器6和控制器7，所述图像处理器6连接所述耐高温摄像机3和所述控制器7，所述图像处理器6对所述耐高温摄像机3拍摄的燃烧图像进行分析，以获得并输出燃烧图像中多个火焰的数量和每一个火焰的燃烧状态，所述控制器7根据多个火焰的数量和每一个火焰的燃烧状态进行火焰熄灭报警。进一步地，所述监控装置还包括，温度传感器1，安装在高温炉的炉壁上，检测高温炉内部的气体温度，并输出气体温度值；压力传感器2，安装在高温炉的顶部，为半导体应变片压力传感器，在单晶硅片上扩散一个惠斯通电桥，根据电压阻效应产生差动电压信号，以检测高温炉的内部压力，并输出内部压力值；耐高温摄像机3，安装在高温炉的炉壁上，面对高温炉内部的燃烧装置，拍摄燃烧装置的燃烧图像，并输出拍摄的燃烧图像；冷却器4，安装在高温炉的顶部，用水或空气为冷却剂以除去高温炉内部的热量；压力调节器5，安装在高温炉的顶部，对高温炉内部的压力进行调节；图像处理器6，连接所述耐高温摄像机3以接收所述燃烧图像，对接收到的预定时间内的燃烧图像进行统计分析，判断当前燃烧装置燃烧的多个火焰，根据判断出的多个火焰对预定时间后的燃烧图像进行多个火焰区域划分，对划分出的每一个火焰区域进行每一个火焰的燃烧状态分析，并输出所述多个火焰的数量和每一个火焰的燃烧状态；控制器7，设置在高温炉的远端，连接温度传感器1、压力传感器2、冷却器3、压力调节器4和图像处理器6，接收气体温度值、内部压力值、多个火焰的数量和每一个火焰的燃烧状态，当气体温度值大于等于700度时，发出高温报警信号，并控制冷却器4进行温度调节，当气体温度值小于700度且大于等于500度时，发出高温预警信号，不对冷却器4进行温度调节控制，当内部压力值大于等于10兆帕斯卡时，发出高压报警信号，并控制压力调节器5进行压力调节，当内部压力值小于10兆帕斯卡且大于等于8兆帕斯卡时，发出高压预警信号，不对压力调节器5进行压力调节控制，还根据接收到的多个火焰的数量和每一个火焰的燃烧状态判断是否所有火焰都熄灭，如果所有火焰都熄灭，发出火焰熄灭报警信号；显示器8，设置在高温炉的远端，连接控制器7以接收并显示气体温度值、内部压力值、多个火焰的数量和每一个火焰的燃烧状态，并在接收到高温报警信号、高温预警信号、高压报警信号、高压预警信号或火焰熄灭报警信号时，显示与高温报警信号、高温预警信号、高压报警信号、高压预警信号或火焰熄灭报警信号对应的文字报警信息；扬声器9，设置在高温炉的远端，连接控制器7，并在接收到高温报警信号、高温预警信号、高压报警信号、高压预警信号或火焰熄灭报警信号时，播放与高温报警信号、高温预警信号、高压报警信号、高压预警信号或火焰熄灭报警信号对应的语音报警信息；无线通信装置10，设置在高温炉的远端，连接控制器7，并在接收到高温报警信号、高温预警信号、高压报警信号、高压预警信号或火焰熄灭报警信号时，通过无线通信网络将高温报警信号、高温预警信号、高压报警信号、高压预警信号或火焰熄灭报警信号对应的文字报警信息发送到高温炉所在单位的监控网络上或发送到监护工人的手机上；其中，所述判断当前燃烧装置燃烧的多个火焰包括，当燃烧图像中的像素的灰度值大于预定灰度值时，将所述像素被判定为火焰像素，所有火焰像素组成一个或多个火焰；其中，所述对划分出的每一个火焰区域进行每一个火焰的燃烧状态分析包括，当火焰区域中火焰像素的数量占火焰区域整个像素数量的比值大于等于预定阈值时，判定所述火焰区域中的火焰为燃烧状态，当火焰区域中火焰像素的数量占火焰区域整个像素数量的比值小于预定阈值时，判定所述火焰区域中的火焰为熄灭状态；其中，所述预定时间小于等于5秒，所述预定阈值为百分之三十，所述与高温报警信号、高温预警信号、高压报警信号、高压预警信号或火焰熄灭报警信号对应的语音报警信息被预存在存储器中。
其中，半导体应变片压力传感器是利用半导体单晶硅的压阻效应制成的一种敏感元件。压阻效应是半导体晶体材料在某一方向受力产生变形时材料的电阻率发生变化的现象(见压阻式传感器)。半导体应变片需要粘贴在试件上测量试件应变或粘贴在弹性敏感元件上间接地感受被测外力。利用不同构形的弹性敏感元件可测量各种物体的应力、应变、压力、扭矩、加速度等机械量。半导体应变片与电阻应变片(见电阻应变片相比，具有灵敏系数高(约高50～100倍)、机械滞后小、体积小、耗电少等优点。P型和N型硅的灵敏系数符号相反，适于接成电桥的相邻两臂测量同一应力。早期的半导体应变片采用机械加工、化学腐蚀等方法制成，称为体型半导体应变片。它的缺点是电阻和灵敏系数的温度系数大、非线性大和分散性大等。这曾限制了它的应用和发展。自70年代以来，随着半导体集成电路工艺的迅速发展，相继出现扩散型、外延型和薄膜型半导体应变片，上述缺点得到一定克服。
另外，所述高温炉温度、压力和燃烧状态监控装置进一步包括：视频录像机，设置在高温炉的远端，连接所述耐高温摄像机3以对所述耐高温摄像机3拍摄的燃烧图像进行录像。所述视频录像机用于在出现较大安全事故后，能够调用出事时的高温炉内部图像，便于有关单位进行故障判断和事故鉴定，为以后高温炉的安全使用提供重要参考。
其中，录像机是闭路电视监视系统中的记录和重放装置，他要求可以记录的时间非常长，大部分监视系统专用的录像机都可以录24小时到960小时的录像。此外，录像机还必须要有遥控功能，从而能够方便地对录像机进行远距离操作，或在闭路电视系统中用控制信号自动操作录像机。闭路电视监视系统中专用录像机是间歇式视频录像机，他有多种时间间隔录像模式，其中的磁带式录像机最长可以录制长达960小时的录像。录像机内设有字符信号发生器，可在图像信号上打出月/日/年/星期/时/分/秒/录像模式，还能在图像上示出摄像机与报警器的编号与报警方式。使用自动录像周期设定功能，可以对一星期内每一天的录像模式进行编程。当收到报警信号后，录像机便自动进入连续录像状态，在无报警情况下，恢复正常间歇录像模式。此外，录像机还有一个锁定保护键，使非正常指令与操作无效，防止非专业人员与破坏性操作侵犯闭路电视监控系统。
另外，所述高温炉温度、压力和燃烧状态监控装置进一步包括：驱动器，设置在高温炉内并连接所述耐高温摄像机3以对所述耐高温摄像机3的位置进行调整。在所述耐高温摄像机3未对准燃烧器的情况下，操作人员可控制所述驱动器以驱动所述耐高温摄像机3对准燃烧器，从而拍摄到合适的燃烧画面。
另外，所述高温炉温度、压力和燃烧状态监控装置进一步包括：所述图像处理器6是美国德州仪器公司的DSP TMS320C6416。所述DSPTMS320C6416内部包括一个DSP内核、一级数据Cache、一级程序Cache、二级存储器、增强型DMA控制器(EDMA)、Vterbi译码协处理器(VCP)、Turbo译码协处理器(TCP)；其对外接口包括两个外部存储器接口(EMIFA和EMIFB)、主机接口(HPI)、PCI接口、UTOPIA接口、多通道缓冲串口(McBSP)。DSP内核采用超长指令字(VLIW)体系结构，有8个功能单元、64个32bit通用寄存器。一个时钟周期同时执行8条指令，运算能力可达到4800MIPS(每秒百万条指令)，支持8/16/32/64bit的数据类型。两个乘法累加单元一个时钟周期可同时执行4组16×16bit乘法或8组8×8bit乘法，每个功能单元在硬件上都增加了附加功能，增强了指令集的正交性。除此之外还增加了一些指令用以削减代码长度和增加寄存器的灵活性。TMS320C6416以后版本的主频可升级到1.1GHz。能够满足对多个火焰的燃烧状态的即时分析要求。
其中，DSP(Digital Signal Processor)是一种独特的微处理器，是以数字信号来处理大量信息的器件。其工作原理是接收模拟信号，转换为0或1的数字信号。再对数字信号进行修改、删除、强化，并在其他系统芯片中把数字数据解译回模拟数据或实际环境格式。他不仅具有可编程性，而且其实时运行速度可达每秒数以千万条复杂指令程序，远远超过通用微处理器，是数字化电子世界中日益重要的电脑芯片。他的强大数据处理能力和高运行速度，是其突出性的两大特色。
采用本发明的高温炉温度、压力和燃烧状态监控装置，通过对高温炉内部的温度、压力和燃烧器状态的监控，保障高温炉的安全运行，特别是在燃烧器状态分析中引入图像处理技术，根据对火焰的识别和火焰燃烧情况的判断，智能地判断燃烧器的工作状态，多参数监控装置的集成，为监控系统节约了成本，方便用户的操作和使用。
可以理解的是，虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而上述实施例并非用以限定本发明。对于任何熟悉本领域的技术人员而言，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。
Claims (2)
1.一种高温炉温度、压力和燃烧状态监控方法，该方法包括下列步骤：
提供高温炉温度、压力和燃烧状态监控装置，所述监控装置包括：
耐高温摄像机、图像处理器和控制器，所述图像处理器连接所述耐高温摄像机和所述控制器，所述图像处理器对所述耐高温摄像机拍摄的燃烧图像进行分析，以获得并输出燃烧图像中多个火焰的数量和每一个火焰的燃烧状态，所述控制器根据多个火焰的数量和每一个火焰的燃烧状态进行火焰熄灭报警；
还包括：
温度传感器，安装在高温炉的炉壁上，检测高温炉内部的气体温度，并输出气体温度值；
压力传感器，安装在高温炉的顶部，为半导体应变片压力传感器，在单晶硅片上扩散一个惠斯通电桥，根据电压阻效应产生差动电压信号，以检测高温炉的内部压力，并输出内部压力值；
所述耐高温摄像机安装在高温炉的炉壁上，面对高温炉内部的燃烧装置，拍摄燃烧装置的燃烧图像，并输出拍摄的燃烧图像；
冷却器，安装在高温炉的顶部，用水或空气为冷却剂以除去高温炉内部的热量；
压力调节器，安装在高温炉的顶部，对高温炉内部的压力进行调节；
所述图像处理器连接所述耐高温摄像机以接收所述燃烧图像，对接收到的预定时间内的燃烧图像进行统计分析，判断当前燃烧装置燃烧的多个火焰，根据判断出的多个火焰对预定时间后的燃烧图像进行多个火焰区域划分，对划分出的每一个火焰区域进行每一个火焰的燃烧状态分析，并输出所述多个火焰的数量和每一个火焰的燃烧状态；
所述控制器设置在高温炉的远端，连接温度传感器、压力传感器、冷却器、压力调节器和图像处理器，接收气体温度值、内部压力值、多个火焰的数量和每一个火焰的燃烧状态，当气体温度值大于等于700度时，发出高温报警信号，并控制冷却器进行温度调节，当气体温度值小于700度且大于等于500度时，发出高温预警信号，不对冷却器进行温度调节控制，当内部压力值大于等于10兆帕斯卡时，发出高压报警信号，并控制压力调节器进行压力调节，当内部压力值小于10兆帕斯卡且大于等于8兆帕斯卡时，发出高压预警信号，不对压力调节器进行压力调节控制，还根据接收到的多个火焰的数量和每一个火焰的燃烧状态判断是否所有火焰都熄灭，如果所有火焰都熄灭，发出火焰熄灭报警信号；
显示器，设置在高温炉的远端，连接控制器以接收并显示气体温度值、内部压力值、多个火焰的数量和每一个火焰的燃烧状态，并在接收到高温报警信号、高温预警信号、高压报警信号、高压预警信号或火焰熄灭报警信号时，显示与高温报警信号、高温预警信号、高压报警信号、高压预警信号或火焰熄灭报警信号对应的文字报警信息；
扬声器，设置在高温炉的远端，连接控制器，并在接收到高温报警信号、高温预警信号、高压报警信号、高压预警信号或火焰熄灭报警信号时，播放与高温报警信号、高温预警信号、高压报警信号、高压预警信号或火焰熄灭报警信号对应的语音报警信息；
无线通信装置，设置在高温炉的远端，连接控制器，并在接收到高温报警信号、高温预警信号、高压报警信号、高压预警信号或火焰熄灭报警信号时，通过无线通信网络将高温报警信号、高温预警信号、高压报警信号、高压预警信号或火焰熄灭报警信号对应的文字报警信息发送到高温炉所在单位的监控网络上或发送到监护工人的手机上；
其中，所述判断当前燃烧装置燃烧的多个火焰包括，当燃烧图像中的像素的灰度值大于预定灰度值时，将所述像素被判定为火焰像素，所有火焰像素组成一个或多个火焰；
其中，所述对划分出的每一个火焰区域进行每一个火焰的燃烧状态分析包括，当火焰区域中火焰像素的数量占火焰区域整个像素数量的比值大于等于预定阈值时，判定所述火焰区域中的火焰为燃烧状态，当火焰区域中火焰像素的数量占火焰区域整个像素数量的比值小于预定阈值时，判定所述火焰区域中的火焰为熄灭状态；
其中，所述预定时间小于等于5秒，所述预定阈值为百分之三十，所述与高温报警信号、高温预警信号、高压报警信号、高压预警信号或火焰熄灭报警信号对应的语音报警信息被预存在存储器中；
还包括：
视频录像机，设置在高温炉的远端，连接所述耐高温摄像机以对所述耐高温摄像机拍摄的燃烧图像进行录像；
还包括：
驱动器，设置在高温炉内并连接所述耐高温摄像机以对所述耐高温摄像机的位置进行调整。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：
所述图像处理器是美国德州仪器公司的DSP TMS320C6416。
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