CN113298088B - 基于图像识别技术的水轮机调速器测频方法及装置 - Google Patents

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Abstract

基于图像识别技术的水轮机调速器测频方法及装置，首先通过摄像机采集水轮机大轴上的黑白齿带图像信息，然后通过图像处理装置运用图像识别技术进行图像分析处理，根据水轮机大轴转动时摄像机采集视频图像的黑白灰度变化，生成矩形脉冲波形，最后通过调速器控制器根据脉冲波形的频率、黑白齿带的齿数和发电机磁极对数，精确计算出水轮机调速器转速频率。本发明一种基于图像识别技术的水轮机调速器测频方法及装置，不易受周围环境的电磁干扰影响，安装简单方便、易维护，成本低。

Description

基于图像识别技术的水轮机调速器测频方法及装置
技术领域
本发明涉及水轮机调速器检测技术领域，具体涉及一种基于图像识别技术的水轮机调速器测频方法及装置。
背景技术
水轮机调速器一般采用齿盘测频和PT残压测频两种方法测量机组转速。开机和停机过程低速阶段优先选用齿盘测频方式，空载或负载状态优先选用PT残压测频方式。齿盘测速方式需要在水轮机大轴上固定安装一圈带有金属凸齿的齿带，并在齿带周围布置金属探测传感器进行检测，控制器根据传感器上送的测量信号进行逻辑处理，计算出水轮机转速。金属凹凸齿盘测速方式面临以下问题：
①：金属齿带凸齿间距要求均等，且齿面处于同心圆面上，对加工工艺要求高，加工精度很难达到标准要求，不易加工。若加工精度不高会导致水轮机调速器频率测量精度不达标。
②：金属齿带安装难度大，要求安装平面水平且齿面处于同心圆面上，齿带环抱水轮机大轴牢靠不会下滑，对安装工艺要求高，不易安装。若齿带安装不合格会导致水轮机调速器频率测量精度不达标。
③：金属探测传感器安装位置对安装工艺要求高，不易安装，金属探传感器与金属齿带凸齿安装间距要与传感器性能要求相匹配，很难人工调整。
④：金属探测传感器易受外部环境电磁干扰。
上述问题反应出金属凹凸齿盘测速方式对齿带的加工安装和传感器的性能要求很高，不易安装和维护，且装置成本高。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种基于图像识别技术的水轮机调速器测频方法及装置，不易受周围环境的电磁干扰影响，安装简单方便、易维护，成本低。
本发明采取的技术方案为：
基于图像识别技术的水轮机调速器测频方法，首先通过摄像机采集水轮机大轴上的黑白齿带图像信息，然后通过图像处理装置运用图像识别技术进行图像分析处理，根据水轮机大轴转动时摄像机采集视频图像的黑白灰度变化，生成矩形脉冲波形，最后通过调速器控制器根据脉冲波形的频率、黑白齿带的齿数和发电机磁极对数，精确计算出水轮机调速器转速频率。
基于图像识别技术的水轮机调速器测频装置，包括：
黑白齿带，首尾相连环绕安装于水轮机大轴上；
摄像机，安装于黑白齿带旁，摄像机的镜头对准黑白齿带平面，用以拍摄获取水轮机大轴旋转时黑白齿带的图像；
图像处理装置，采集摄像机拍摄获取的图像信息，并运用图像识别技术进行图像处理，输出矩形脉冲波形；
调速器控制器，采集图像处理装置输出的脉冲波形，根据自身的基准时钟脉冲计数，测量出脉冲波形的频率，然后根据黑白齿带的齿数和发电机磁极对数，计算出水轮机调速器转速频率。
本发明一种基于图像识别技术的水轮机调速器测频方法及装置，技术效果如下：
1）采用本发明的一种基于图像识别技术的水轮机调速器测频方法和装置，进行水轮机调速器测频，可以明显消除测频过程中电磁干扰信号的影响。
2）黑白齿带对加工工艺要求不高，易加工。
3）黑白齿带和摄像机对安装工艺要求也不高，易安装。
4）本发明的一种基于图像识别技术的水轮机调速器测频装置成本低，结构简单。
附图说明
图1是黑白齿带形状示意图。
图2是本发明一种基于图像识别技术的水轮机调速器测频装置结构图。
图3是本发明一种基于图像识别技术的水轮机调速器测频方法流程示意图。
具体实施方式
基于图像识别技术的水轮机调速器测频方法，首先通过摄像机3采集水轮机大轴1上的黑白齿带2图像信息，然后通过图像处理装置4运用图像识别技术进行图像分析处理，根据水轮机大轴1转动时摄像机3采集视频图像的黑白灰度变化，生成矩形脉冲波形，最后通过调速器控制器5根据脉冲波形的频率、黑白齿带2的齿数和发电机磁极对数，精确计算出水轮机调速器转速频率。本发明的方法不易受周围环境的电磁干扰影响，且平面黑白齿带加工安装简单方便，易维护。
如图1、图2所示，基于图像识别技术的水轮机调速器测频装置，包括：
黑白齿带2，首尾相连环绕安装于水轮机大轴1上，黑白齿带2为黑色和白色相间的颜色平面齿带，黑白齿带2形状示意图如图1所示，黑块个数和白齿个数相同，形状大小相等，安装时A-A和a-a相连。黑白齿带2的齿数N2为黑白齿带上黑块个数或白齿个数。
摄像机3，安装于黑白齿带2旁，摄像机3的镜头对准黑白齿带2平面，用以拍摄获取水轮机大轴1旋转时黑白齿带2的图像。摄像机3拍摄的图像大小恰好为黑白齿带2上黑齿块或白齿块所占的大小。
图像处理装置4，采集摄像机3拍摄获取的图像信息，并运用图像识别技术进行图像处理，输出矩形脉冲波形；
调速器控制器5，采集图像处理装置4输出的脉冲波形，根据自身的基准时钟脉冲计数，测量出脉冲波形的频率，然后根据黑白齿带2的齿数和发电机磁极对数，计算出水轮机调速器转速频率。
摄像机3可根据所需要的摄像图像分辨率和视频帧率，可采用昂纳公司旗下O-Net品牌型号为SC-K系列及SC-D系列工业相机。
图像处理装置4包括图像采集、图像处理和图像输出功能，可采用昂纳公司旗下O-Net品牌的SV通用视觉系统。
调速器控制器5采用B&R品牌型号为PCC2005的控制器，CPU模块型号为3CP380.60-1。
如图3所示，基于图像识别技术的水轮机调速器测频方法，包括以下步骤：
步骤1：摄像机3实时拍摄获取水轮机大轴1旋转时黑白齿带的图像。
步骤2：图像处理装置4实时采集摄像机3拍摄获取的图像信息，实时输出矩形脉冲波形：
步骤2包括以下步骤：
步骤2.1：图像处理装置4采集摄像机3拍摄获取的图像信息，进入步骤2.2；
步骤2.2:图像处理装置4进行图像处理，计算图像黑白灰度，进入步骤2.3；
步骤2.3:图像处理装置4根据图像黑白灰度变化实时输出开关量信号：灰度大于阈值x，输出1；灰度小于阈值x，输出0，返回步骤2.1。
步骤3：调速器控制器5实时采集图像处理装置4输出的开关量信号，生成脉冲波形，实时计算水轮机调速器转速频率f。
步骤3包括以下步骤：
步骤3.1：调速器控制器5实时采集图像处理装置4输出的开关量信号，生成脉冲波形，进入步骤3.2。
步骤3.2：对脉冲波形半波周期内基准时钟脉冲（基准频率为f0）个数进行实时计数，记为N1，进入步骤3.3；
步骤3.3：调速器控制器5计算脉冲波形的频率f1= f0/(2N1)，进入步骤3.4。
步骤3.4：调速器控制器5根据黑白齿带的齿数N2和发电机磁极对数N3，计算出水轮机调速器转速频率f= N3*f1/N2= N3*f0/(2N1*N2），返回步骤3.1。

Claims (3)

1.基于图像识别技术的水轮机调速器测频方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤1：黑白齿带（2），首尾相连环绕安装于水轮机大轴（1）上，摄像机（3）实时拍摄获取水轮机大轴（1）旋转时黑白齿带的图像；
步骤2：图像处理装置（4）实时采集摄像机（3）拍摄获取的图像信息，实时输出矩形脉冲波形；
步骤2包括以下步骤：
步骤2.1：图像处理装置（4）采集摄像机（3）拍摄获取的图像信息，进入步骤2.2；
步骤2.2:图像处理装置（4）进行图像处理，计算图像黑白灰度，进入步骤2.3；
步骤2.3:图像处理装置（4）根据图像黑白灰度变化实时输出开关量信号：灰度大于阈值x，输出1；灰度小于阈值x，输出0，返回步骤2.1；
步骤3：调速器控制器（5）实时采集图像处理装置（4）输出的开关量信号，生成脉冲波形，实时计算水轮机调速器转速频率f。
2.根据权利要求1所述基于图像识别技术的水轮机调速器测频方法，其特征在于，步骤3包括以下步骤：
步骤3.1：调速器控制器（5）实时采集图像处理装置（4）输出的开关量信号，生成脉冲波形，进入步骤3.2；
步骤3.2：对脉冲波形半波周期内基准时钟脉冲个数进行实时计数，记为N1，进入步骤3.3；步骤3.3：调速器控制器（5）计算脉冲波形的频率f1= f0/(2N1)，进入步骤3.4；
步骤3.4：调速器控制器（5）根据黑白齿带的齿数N2和发电机磁极对数N3，计算出水轮机调速器转速频率f= N3*f1/N2= N3*f0/(2N1*N2），返回步骤3.1。
3.基于图像识别技术的水轮机调速器测频装置，其特征在于包括：
黑白齿带（2），首尾相连环绕安装于水轮机大轴（1）上；
摄像机（3），安装于黑白齿带（2）旁，摄像机（3）的镜头对准黑白齿带（2）平面，用以拍摄获取水轮机大轴（1）旋转时黑白齿带（2）的图像；
图像处理装置（4），采集摄像机（3）拍摄获取的图像信息，并运用图像识别技术进行图像处理，输出矩形脉冲波形；
图像处理装置（4）根据图像黑白灰度变化实时输出开关量信号，若灰度大于阈值x，输出1；若灰度小于阈值x，输出0；
调速器控制器（5），实时采集图像处理装置（4）输出的开关量信号，生成脉冲波形，根据自身的基准时钟脉冲计数，测量出脉冲波形的频率，然后根据黑白齿带（2）的齿数和发电机磁极对数，计算水轮机调速器转速频率f。
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