CN104266537A - 电厂凝汽器胶球清洗在线监测装置 - Google Patents

Abstract

电厂凝汽器胶球清洗在线监测装置，一种自动监测装置。该在线监测装置含有与胶球清洗装置的胶球循环管道连接的带有透明视窗的监测装置壳体、对照式光纤光电感测器、摄像机或视频头以及监测控制回路，且监测控制回路包括图像采集启动单元，图像检测单元和报警显示单元。本发明只有在光纤探头探测到胶球时，才启动图像采集单元然后进行图像处理工作，缩减了整个监测过程的图像处理时间，这使得该装置能够实时、在线监测凝汽器胶球清洗系统中胶球的数量以及磨损程度，监测效果好，实时性好，另外还减少了每秒内所需采集的图像帧数，降低了对摄像机的性能要求，使得成本大大降低。

Description

电厂凝汽器胶球清洗在线监测装置

技术领域

本发明涉及一种自动监测装置，特别是一种专用于实时在线检测电厂凝汽器胶球清洗装置循环管路中回收胶球数量及其磨损程度的作为独立的附加部件使用的电厂凝汽器胶球清洗在线监测装置及方法。

背景技术

众所周知，电厂在发电过程中，主要是采用胶球清洗装置对凝汽器进行清洗，以防止凝汽器冷却管壁出现污垢影响凝汽器换热效率，造成机组真空度降低，增加发电煤耗。若管壁出现结垢堵塞，将会严重影响清洗装置正常运行。现有凝汽器胶球清洗装置是由收球网、胶球输送泵、装球室、控制器、胶球及循环管路等部件组成的。它周期性地以高压水将大于凝汽器冷却管内径的清洁胶球挤过冷却管，对冷却管进行反复擦洗，清洗凝汽器冷却管内污垢并带出杂质。从而可以达到延长冷却管使用寿命、提高发电厂经济效益、保障设备安全运行的目的。

公告号为CN101216270A的“电厂凝汽器胶球清洗自动监测装置”，解决了检查回收胶球数量和检测胶球磨损困难、替换成套清洗设备会造成资源浪费等问题，将胶球清洗装置作为原胶球清洗系统的附加装置使用, 在保证环境亮度的前提下，将摄像机采集到的胶球连续图像，送经图像处理单元处理分析，最终获得回收胶球的数量及磨损程度，并显示检测结果。但由于清洗胶球流动速度约为3米/秒，要求必须选用高帧频的工业用摄像机才能获得清晰的画面，而这种摄像机比较昂贵，导致制造成本增加，而且需要采集和分析处理大量的胶球流动图像，导致存储要求高、带来监测实时性差等一系列问题。

发明内容

本发明的目的是提出一种电厂凝汽器胶球清洗在线监测装置，通过图像采集启动单元控制图像采集模块开关，保证仅在有胶球通过时，摄像机才开始工作，其与现有同类装置相比，能够节省更多的存储空间,提高图像的处理效率,实现实时、在线、精确地监测循环管路中回收胶球的数量及其磨损程度，进一步提高凝汽器的清洗质量和清洁效果。

1、本发明的技术方案是这样实现的：一种电厂凝汽器胶球清洗在线监测装置，包括与胶球清洗装置的胶球循环管道连接的带有透明视窗的监测装置壳体、对照式光纤光电感测器、摄像机或视频头以及含有图像检测单元和报警显示单元的监测控制回路；

所述的壳体相对透明视窗的一侧侧壁封装有磨砂玻璃，在该封装有磨砂玻璃的壳体侧壁外侧还设置有LED灯排，在监测装置壳体外正对透明视窗一侧固定摄像机或视频头，摄像机或视频头的拍摄镜头中心线垂直于所述透明视窗所在的平面；

壳体通过其两端的法兰和胶球输送管道连接在一起；

壳体内排列有对照式光纤光电感测器，且对照式光纤光电感测器的发射端和接收端分别封装在该监测装置光纤探测壳体两侧的相对位置上，对照式光纤光电感发射端和接收端的轴线所在平面垂直于壳体内的水流方向；

监测控制回路还包括图像采集启动单元。

光纤信息探测单元，是当胶球阻挡住对照式光纤光电感测器发射端和接收端之间的光线时，产生光纤信号的装置；

光纤检测器，是将照式光纤光电感测器传递来的光纤信号转换成脉冲信号的装置；

数字滤波器，是去除脉冲信号中强电磁干扰信号的装置；

冗余信号剔除器，是剔除由数字滤波器发送来的、因前后两组信号时间间隔小于指定时间阈值从而会引起胶球图像重复采集的信号的装置；

图像采集启动模块，是产生摄像机或视频头的启动信号的装置。

一种电厂凝汽器胶球清洗在线监测方法，包括如下步骤：

步骤1：当任意一组对照式光纤光电感测器的发射端和接收端之间的光线被胶球阻挡，则胶球通过而引起的光纤信号就经光纤检测器转变成脉冲脉冲信号；

步骤2：数字滤波器用来滤除步骤1中脉冲信号含有的电厂环境下的强电磁干扰信号，并将过滤后的信号发送给冗余信号剔除器；

步骤3：冗余信号剔除器对步骤2发送来的信号进行处理，剔除那些因前后两组信号时间间隔小于指定时间阈值从而会引起胶球图像重复采集的信号，将间隔大于或等于阈值的信号发送给图像采集启动模块；

步骤4：图像采集启动模块根据步骤3传来的信号启动监测控制回路的图像采集模块，每来一次图像采集启动信号，图像采集模块就启动摄像机或视频头采集一幅胶球图像并存储下来，并将从摄像机或视频头采集到的按时间顺序存储的胶球图像传输到所述图像检测单元中；

步骤5：图像检测单元对步骤4存储的胶球图像进行处理，最终计算出胶球的数量以及是否磨损，并由报警显示单元显示结果。

步骤5所述的图像检测单元对存储的胶球图像进行处理的过程为：

首先将图像传递给图像预处理模块，利用灰度变换、均值滤波预处理方法对图像进行平滑和去噪；

其次是将平滑和去噪后的信号传递给图像分割模块，采用基于最小误差分割法的灰度图二值化变换对预处理除噪后的图像进行分割，得到目标明确的分割图像；

最后，利用胶球计数及磨损检测模块进行二值图像投影变换，进行胶球位置定位，实时获得回收胶球的数量及磨损程度。

本发明的有益效果：

首先，本发明方法只有在光纤探头探测到胶球时，才启动图像采集单元然后进行图像处理工作，缩减了整个监测过程的图像处理时间，这使得该装置能够实时、在线监测凝汽器胶球清洗系统中胶球的数量以及磨损程度，监测效果好，实时性好，另外还减少了每秒内所需采集的图像帧数，降低了对摄像机的性能要求，使得成本大大降低；

其次，本发明装置在监测过程中增加了数字滤波器，这有效抑制了电厂环境下的强电磁干扰，提高了抗干扰性能；

再次，本发明装置在壳体透明视窗的对侧安装磨砂玻璃，磨砂玻璃外侧设置LED灯排，这样的光照处理使拍摄到的图像更加清晰，监测效果得到相应提高；

综上所述，使用该装置能够自动、实时、准确地监测循环管路中回收胶球的数量及其磨损程度，显著提高凝汽器的清洗质量，降低运行人员劳动强度，达到最佳的清洗效果，明显提高发电机组真空，有效地减少汽轮机排汽损失，降低汽轮机的汽耗率，推进节能降耗工作的进一步开展。与原专利相比，更能满足电力企业的实际需求。

附图说明

图1为本发明实施方式的电厂凝汽器胶球清洗在线监测装置使用状态示意图；

图2为本发明实施方式的监测装置的结构示意图；    

图3为图2中沿A-A线的剖视图；

图4为图2中沿B-B线的剖视图；

图5为经过图像预处理模块预处理后的图像示意图；

图6为最小误差法阈值分割后的图像示意图；

图7为经过胶球计数及磨损检测模块处理后得到的胶球定位结果示意图； 

图8为本实施方式中电厂凝汽器胶球清洗在线监测方法流程图； 

图中序号说明：1凝汽器、2胶球喷嘴、3循环水、4监测装置、5新加收球室、6胶球泵、7胶球输送管道、8原收球室、9发射端、10壳体、11胶球、12接收端、13 LED灯排、14磨砂玻璃、15壳体法兰、16 管道法兰、17摄像机或视频头、18透明视窗、19光纤检测器、20数字滤波器、21冗余信号剔除器、22 图像采集启动模块、23图像采集启动单元、24 图像检测单元、25图像采集模块、26图像预处理模块、27图像分割模块、28胶球计数及磨损检测模块、29 报警显示单元、30显示屏、31扬声器、32光纤感测器发生的光线。

具体实施方式   

以下结合附图对本发明的实施方式作进一步描述。

根据图1和实施方式详细说明本发明的具体结构。本实施例中的电厂凝汽器胶球清洗在线监测装置包括与胶球清洗装置的胶球循环管道连接的监测装置4的壳体及其监测控制回路。如图1所示，凝汽器1的胶球清洗装置由胶球喷嘴2、监测装置4、新加收球室5、胶球泵6、胶球输送管道7、原收球室8组成。监测装置4作为胶球清洗装置的附加部件使用。监测装置4的壳体通过两端的壳体法兰15、管道法兰16连接在胶球清洗装置的胶球循环管道中。在本实施例中为保证能检测到所有胶球11，监测装置4的壳体上连接有壳体法兰15，管道安装于壳体内后，在管道上焊接有管道法兰16，壳体法兰15和管道法兰16使与监测装置与胶球输送管道7连接在一起，如图3所示。监测装置4的壳体及其两端壳体法兰15和管道法兰16的规格、形状应根据实际使用要求确定。监测装置4借助胶球泵6产生的高压循环水3将大于凝汽器1冷却管内径的清洁胶球11挤过冷却管，对冷却管进行反复擦洗（一般胶球清洗频率大于12次/管/小时），清洗凝汽器1冷却管内污垢并带出杂质。

监测装置4进一步包括壳体11、位于壳体11内部的多组对照式光纤光电感测器、镶嵌于壳体上的磨砂玻璃14和透明视窗18、LED灯排15以及摄像机或视频头17，如图4所示。本实施例中的对照式光纤光电感测器进一步包括发射端9和接收端12，每个对照式光纤光电感测器的发射端9和接收端12分别封装在所述监测装置4光纤探测壳体10两侧的相对位置上，并排平行放置的发射端9和接收端12的轴线所在平面垂直于壳体内的水流方向，对照式光纤光电感测器的规格和数量则需根据胶球循环管道7的横截面积大小决定，本实施例中采用的是4组对照式光线光电感测器。

在壳体10的两个侧壁分别封装透明视窗18和磨砂玻璃14，且透明视窗18和磨砂玻璃14相对放置，在磨砂玻璃14外侧还设置有LED灯排13，摄像机或视频头17设置在正对壳体10透明视窗18的一侧，并使摄像机或视频头17的拍摄镜头中心线垂直于所述透明视窗18所在的平面，透明视窗18的大小及拍摄焦距可调，本实施例采用的透明视窗高为10cm、宽为20cm，拍摄焦距为13.6cm。

本实施例中的，监测控制回路主要由三大单元组成：即图像采集启动单元23、图像检测单元24和报警显示单元29，其中，图像采集启动单元23和图像检测单元24均设置于计算机内，下面分别对上述单元做进一步说明：

图像采集启动单元23进一步包括：光纤检测器19、数字滤波器20、冗余信号剔除器21、图像采集启动模块22，其中，对照式光纤传感器（如，本实施例中的4组对照式光纤光电感测器）的发射端9和接收端12产生的信号将传递给光纤检测器19，即当任意一组感测器的发射端9和接收端12之间的光线32被胶球11阻挡，则胶球11通过而触发的光纤信号就传递给光纤检测器19，并经光纤检测器19转变成电脉冲信号，然后经数字滤波器20滤除电厂环境下的强电磁干扰，送往冗余信号剔除器21剔除那些因前后两组信号时间间隔小于指定时间阈值从而会引起胶球图像重复采集的信号，再将去掉冗余信号后的信号输出给图像采集启动模块22，由图像采集启动模块22根据光纤感测器传来的信号启动图像检测单元24的图像采集模块25，（图像采集启动模块22收到冗余信号剔除器发送来的信号后，会进行预启动，并发送控制信号给图像采集模块，开始采集摄像机或视频头的信号）每来一次图像采集启动信号，图像采集模块25就启动摄像机或视频头17采集一幅胶球11图像并存储下来（图像采集模块每采集一幅图像后会自动关闭，等待下次启动信号来才继续工作），并将按时间顺序采集和存储的摄像机或视频头17拍摄到的胶球11图像顺序依次送往计算机控制的图像检测单元24中。

图像检测单元24进一步包括：图像采集模块25、图像预处理模块26、图像分割模块27、胶球计数及磨损检测模块28。

图像采集启动模块22传递启动信号给图像采集模块25后，图像采集模块25将按时间顺序采集和存储摄像机或视频头17拍摄到的胶球11图像，再由图像预处理模块26去除噪声，经图像分割模块27得到目标明确的分割图像，然后通过胶球计数及磨损检测模块28进行胶球数量及其磨损程度的检测，最后利用监测控制回路的报警显示单元29显示回收胶球的数量及磨损程度等检测结果。

本实施例中报警显示单元29进一步包括：显示屏31和扬声器32。显示屏31是一个具有显示屏面的彩色显示单元，可显示胶球11数量及其磨损程度的检测结果，还能显示供工作人员查证的历史记录。扬声器32具有产生语音消息的能力，在回收胶球11实际数量低于限定数值或磨损程度大于预定限值时，发出报警提醒信号，提醒运行人员对胶球11进行更换。

利用上述电厂凝汽器胶球清洗在线监测装置进行在线监测的方法，其流程如图8所示，包括以下步骤：

在步骤1：本实施方式中，以通过对照式光纤光电感测器发射端9和接收端12之间的光线32阻隔与否为例，来说明胶球11的信息。在无胶球通过的情况下，接收端12能够接收到发射端9发射出的光线32，无信号发生；但当胶球11通过发射接收面时，会阻隔发射端发出的光线32，这样，接收端12接收不到光线32，此时光纤检测器19由于光线32中断从而触发脉冲信号。

在步骤2，光纤检测器19发出的脉冲信号经过数字滤波器20滤除电厂环境下的强电磁干扰信号后，进入冗余信号剔除器21。

在步骤3，在冗余信号剔除器21，如果是t₁时刻首次胶球通过信号i₁来，则立即送入图像采集启动模块22启动图像采集，称为有效启动信号I，I= i₁，t₂时刻再来一个胶球通过信号i₂，则前后两次信号之间的时间间隔t= t₂- t₁，定义摄像机18采集到的单幅图像宽度为W，即透明视窗18的宽度，定义胶球输送管道7内水流速度为S，则一个胶球要通过单幅图像宽度所需的时间t_c为：

t_c=W/S

本实施例中，t_c=W/S=0.2/3=0.015s，比较t与t_c，如果t≤t_c，则剔除无效信号i₂，如果t>t_c，则发送脉冲信号到图像采集启动模块22启动图像采集，且使有效启动信号I= i₂。等待t₃时刻胶球通过信号i₃来，再进行比较，如果i₂为无效信号，则再次将时间间隔t= t₃- t₁与t_c比较，如果i₂为有效启动信号，则将时间间隔t= t₃- t₂与t_c比较，依此类推，循环往复，即可剔除掉所有的无效信号，防止胶球图像重复采集。

在步骤4，图像采集模块25根据图像采集启动模块22的指令，每来一次图像采集启动信号，图像采集模块25就启动摄像机或视频头17采集一幅胶球11图像并存储下来，按时间顺序将所有图像采集并存储。

步骤5：图像检测单元对存储的胶球图像进行处理，具体过程为： 

图像预处理模块26先对图像进行灰度变换，然后通过均值滤波预处理过程对图像进行平滑和去噪，结果如图5所示；图像分割模块27采用基于最小误差分割法的灰度图二值化变换对预处理除噪后的图像进行分割，得到目标明确的分割图像，结果如图6所示；然后利用胶球计数及磨损检测模块28的二值图像进行二维直方图投影变换，定位胶球位置，如图7所示，实时判断回收胶球的数量及磨损程度等信息。

图5预处理后的图像   图6 最小误差法阈值分割后的图像     图7胶球定位结果

监测控制系统的原理是：对照式光纤光电感测器的发射端9和接收端12相连于监测控制回路的光纤检测器19，从而使胶球通过信号转变成脉冲信号，然后经数字滤波器20滤除干扰，再经冗余信号剔除器21剔除会引起胶球图像重复采集的信号，然后与图像采集启动模块22相连，由图像采集启动模块22根据光纤感测器传来的信号判断是否启动图像检测单元24的图像采集模块25，该图像采集模块25按时间顺序采集和存储摄像机或视频头17拍摄到的胶球11图像，再由图像预处理模块26去除噪声，经图像分割模块27得到目标明确的分割图像，然后通过胶球计数及磨损检测模块28进行胶球数量及其磨损程度的检测，最后利用监测控制回路的报警显示单元29显示回收胶球的数量及磨损程度等检测结果。

本实施方式采用的装置与公告号为CN101216270A的“电厂凝汽器胶球清洗在线监测装置”相比较，公告号为CN101216270A的专利中记载的技术方案，需要拍下全部水流图像，而水流速度为约3米/秒，为保证成像质量，必须使用高帧频工业摄像机，成本高昂，同时需要采集和处理的图像数量很大，这就降低了实时性，对存储空间的要求提高了，而本实施方式的技术方案中，只有光纤探头探测到有胶球通过时，才启动图像采集单元对水流中胶球图像进行采集然后进行后续处理，需要的图像采集速度降低了，需要处理的图像数量小了，图像处理的步序少了，监测装置的实时性大幅提高，反而对摄像机的性能要求和存储空间的要求都降低了，这使得新的发明效果好了，而且还降低了成本。另外，公告号为CN101216270A的专利中是在壳体透明视窗四周的有利于拍摄的照明位置设置灯源，封装难度高，对灯源的防水性能要求高，而本实施方式中只需在摄像机视窗侧的对面安装磨砂玻璃及外侧LED灯排即可，安装方便，灯排价格低廉。

另外，电厂强电设备众多，产生各种强电磁干扰，容易造成信号失真，本实施方式也充分考虑了这一因素，设置了数字滤波器，确保了检测结果的准确有效。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域内的熟练的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，而不背离本发明的原理和实质。本发明的范围仅由所附权利要求书限定。 

Claims (4)

1.一种电厂凝汽器胶球清洗在线监测装置，包括与胶球清洗装置的胶球循环管道连接的带有透明视窗的监测装置壳体、对照式光纤光电感测器、摄像机或视频头以及含有图像检测单元和报警显示单元的监测控制回路；

其特征在于：

所述的壳体相对透明视窗的一侧侧壁封装有磨砂玻璃，在该封装有磨砂玻璃的壳体侧壁外侧还设置有LED灯排，在监测装置壳体外正对透明视窗一侧固定摄像机或视频头，摄像机或视频头的拍摄镜头中心线垂直于所述透明视窗所在的平面；

壳体通过其两端的法兰和胶球输送管道连接在一起；

壳体内排列有对照式光纤光电感测器，且对照式光纤光电感测器的发射端和接收端分别封装在该监测装置光纤探测壳体两侧的相对位置上，对照式光纤光电感发射端和接收端的轴线所在平面垂直于壳体内的水流方向；

监测控制回路还包括图像采集启动单元。

2.根据权利要求1所述的电厂凝汽器胶球清洗在线监测装置，其特征在于：所述的图像采集启动单元包括：

光纤信息探测单元，是当胶球阻挡住对照式光纤光电感测器发射端和接收端之间的光线时，产生光纤信号的装置；

光纤检测器，是将照式光纤光电感测器传递来的光纤信号转换成脉冲信号的装置；

数字滤波器，是去除脉冲信号中强电磁干扰信号的装置；

冗余信号剔除器，是剔除由数字滤波器发送来的、因前后两组信号时间间隔小于指定时间阈值从而会引起胶球图像重复采集的信号的装置；

图像采集启动模块，是产生摄像机或视频头的启动信号的装置。

3.一种电厂凝汽器胶球清洗在线监测方法，采用如权利要求1所述的装置实现，其特征在于：包括如下步骤：

步骤1：当任意一组对照式光纤光电感测器的发射端和接收端之间的光线被胶球阻挡，则胶球通过而引起的光纤信号就经光纤检测器转变成脉冲脉冲信号；

步骤2：数字滤波器用来滤除步骤1中脉冲信号含有的电厂环境下的强电磁干扰信号，并将过滤后的信号发送给冗余信号剔除器；

步骤3：冗余信号剔除器对步骤2发送来的信号进行处理，剔除那些因前后两组信号时间间隔小于指定时间阈值从而会引起胶球图像重复采集的信号，将间隔大于或等于阈值的信号发送给图像采集启动模块；

步骤4：图像采集启动模块根据步骤3传来的信号，启动监测控制回路的图像采集模块，每来一次图像采集启动信号，图像采集模块就启动摄像机或视频头采集一幅胶球图像并存储下来，并将从摄像机或视频头采集到的按时间顺序存储的胶球图像传输到所述图像检测单元中；

步骤5：图像检测单元对步骤4存储的胶球图像进行处理，最终计算出胶球的数量以及是否磨损，并由报警显示单元显示结果。

4.根据权利要求3所述的电厂凝汽器胶球清洗在线监测方法，其特征在于：所述步骤5的图像检测单元对存储的胶球图像进行处理的过程为：

首先将图像传递给图像预处理模块，利用灰度变换、均值滤波预处理方法对图像进行平滑和去噪；

其次是将平滑和去噪后的信号传递给图像分割模块，采用基于最小误差分割法的灰度图二值化变换对预处理除噪后的图像进行分割，得到目标明确的分割图像；

最后，利用胶球计数及磨损检测模块进行二值图像投影变换，进行胶球位置定位，实时获得回收胶球的数量及磨损程度。