CN113465747A - 一种烧结台车机尾近红外测温方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种烧结台车机尾近红外测温方法及系统。该方法包括：通过短波近红外多光谱成像仪采集烧结矿层断面的温度分布图像；温度分布图像包括第一图像和第二图像；第一图像为1.0um波段的温度分布图像，第二图像为0.8um波段的温度分布图像；根据第一图像和第二图像计算相对辐射数值；根据相对辐射数值计算温度值。本发明在矿床尾部断面采用短波近红外多光谱成像仪进行辐射测温。短波近红外成像光谱仪在具有高清晰的空间分辨率同时，又具有高时间分辨率，对于高运动速度的目标对象，可以同时获得空间信息和光谱多波段信息，通过对光谱多波段信息的分析，可以得到较准确的温度信息，进而实现对运动烧结床表面矿层的高空间分辨实时测温。
Description
技术领域
本发明涉及烧结近红外测温技术领域，特别是涉及一种烧结台车机尾近红外测温方法及系统。
背景技术
铁矿石烧结是铁矿石造块的主要方法之一。矿粉的熔融和凝固矿粉熔融前存在固相反应。它是在矿粉被加热到其熔点以下的一定温度时，颗粒表面离子动能增加而引起的迁移、扩散和相互结合成新化合物的反应。烧结所需温度需要维持在1000℃以上，如此高温的环境下无法做到精准瞬时的测量，同时，烧结台车是一个运动的系统，在烧结料层上放置测温装置不仅麻烦而且难于实现。因此，现有的技术和设备无法在维持现有生产线产能不变、顺畅运行和不停机改造的前提下快速、在线和低成本反映生产性能指标的直接物理量——温度。因此，目前现有的技术还有待于进一步的改进。
发明内容
为了克服上述缺点，本发明提供了一种烧结台车机尾近红外测温方法及系统。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种烧结台车机尾近红外测温方法，包括：
通过短波近红外多光谱成像仪采集烧结矿层断面的温度分布图像；所述温度分布图像包括第一图像和第二图像；所述第一图像为1.0um波段的温度分布图像，所述第二图像为0.8um波段的温度分布图像；
根据所述第一图像和所述第二图像计算相对辐射数值；
根据所述相对辐射数值计算温度值。
进一步地，还包括：对短波近红外多光谱成像仪进行温度校正。
进一步地，采用标准温度黑体对短波近红外多光谱成像仪进行温度校正。
进一步地，采用普朗克辐射公式计算温度值。
进一步地，所述短波近红外成像光谱仪的测量波段范围为0.4um-1.2um，温度范围为600-1300摄氏度，测量速度为5秒/幅图像。
本发明还提供了一种烧结台车机尾近红外测温系统，包括：
温度分布图像采集模块，用于通过短波近红外多光谱成像仪采集烧结矿层断面的温度分布图像；所述温度分布图像包括第一图像和第二图像；所述第一图像为1.0um波段的温度分布图像，所述第二图像为0.8um波段的温度分布图像；
相对辐射数值计算模块，用于根据所述第一图像和所述第二图像计算相对辐射数值；
温度值计算模块，用于根据所述相对辐射数值计算温度值。
进一步地，还包括：
温度校正模块，用于对短波近红外多光谱成像仪进行温度校正。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明在矿床尾部断面采用短波近红外多光谱成像仪进行辐射测温。短波近红外成像光谱仪在具有高清晰的空间分辨率同时，又具有高时间分辨率，对于高运动速度的目标对象，可以同时获得空间信息和光谱多波段信息，通过对光谱多波段信息的分析，可以得到较准确的温度信息，进而实现对运动烧结床表面矿层的高空间分辨实时测温。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例烧结台车机尾近红外测温方法的流程图；
图2为本发明实施例短波近红外多光谱成像仪安装示意图；
图3为本发明实施例图烧结台车机尾测温示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的在于提供一种烧结台车机尾近红外测温方法及系统。本发明在矿床尾部断面采用短波近红外多光谱成像仪进行辐射测温。短波近红外成像光谱仪在具有高清晰的空间分辨率同时，又具有高时间分辨率，对于高运动速度的目标对象，可以同时获得空间信息和光谱多波段信息，通过对光谱多波段信息的分析，可以得到较准确的温度信息，进而实现对运动烧结床表面矿层的高空间分辨实时测温。
近红外多光谱测温原理为：具有温度的物体就有热辐射向外部发射，物体温度不同，其辐射出的能量也不同，且辐射波的波长也不同，对于温度在800-1600摄氏度范围内，包含着较强的短波近红外辐射(1200nm-800nm波段)，利用普朗克辐射公式，通过对物体自身近红外辐射的测量，能准确测定它的表面温度。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1所示，烧结台车机尾近红外测温方法包括以下步骤：
步骤101：通过短波近红外多光谱成像仪采集烧结矿层断面的温度分布图像；所述温度分布图像包括第一图像和第二图像；所述第一图像为1.0um波段的温度分布图像，所述第二图像为0.8um波段的温度分布图像。
虽然多光谱图像视场相同，但是由于安装误差，图像并非一一对准，需要提前校正图像位置，使得各光谱通道图像像素一一对应。
步骤102：根据所述第一图像和所述第二图像计算相对辐射数值。
步骤103：根据所述相对辐射数值计算温度值。
如图2所示，本发明在矿床尾部断面采用短波近红外多光谱成像仪进行辐射测温。短波近红外成像光谱仪指标：
可以测量的波段范围：0.4um-1.2um；
探测器：短波近红外增强CMOS阵列探测器；
探测器像素数目：200万像元；
测量光谱波段A：中心波长1.00um，带宽25nm；
测量光谱波段B：中心波长0.800um，带宽25nm；
温度范围：600-1300摄氏度；
校准：标准黑体辐射校准；
测量速度：5秒/幅图像；
测量算法：双波长辐射测温算法。
在烧结矿落料区，通过透明观察窗，短波近红外多光谱成像仪采集落料区，烧结矿层断面的温度分布。其中：透明窗采用JGS3石英玻璃材料，能够透过近红外光信号，同时实现隔热。
短波近红外多光谱成像仪使用双波长辐射测温算法，实现高温温度测量。如图3所示，利用50：50分光镜将入射图像分为两幅相同图像，照射在不同波段的感光阵列探测器上，其中一路为1.0um波段，另外一路为0.8um波段。波段滤波采用干涉滤光片。
整套装置对烧结矿粉层，实现了不间断、不同层的温度分布测量，由于测量速度快，不同位置的烧结矿粉，在烧结整体过程中的温度变化，能够通过数据分析获得，从而为烧结机参数控制提供测量数字支持。
测温算法：
温度为600摄氏度至1300摄氏度之间的黑体辐射，其光谱辐射上升区间位于1um至2um之间，能够采用0.8um和1.0um两个辐射数值的比值测量温度。
根据普郎克公式：
其中：
λ为波长；
ε(λ，T)为灰体辐射率；
h为普朗克常数；
k为玻尔兹曼常数；
c为光速。
设温度为T的物体表面在波长λ1、λ2下的光谱辐射亮度为：L(λ1,T)和L(λ2,T)，
令则
在温度>600摄氏度时，ehc/λkT>>1 (3)
将式(1)带入式(2)，同时考虑式(3)则有：
其中
为第二辐射常数。
整理式(3)，得：
故
在测量过程中，由于测量样品对于近似灰体，故辐射率ε(λ,T)为常数，可以认为ε(λ1,T)＝ε(λ2,T)。
于是式(5)中，
则式(5)中，只需测量得到B，即可计算出T。
在本发明中，λ1＝0.8um，λ2＝1.0um。
为了提高信噪比，首先将图像压缩为原有大小的1/4，随后利用2个通道的图像数据，计算得到相对辐射数值B的图像，此相对辐射数值与温度关系如式5所描述。
提前采用标准温度黑体对仪器进行温度校正。采用校正后的参数系数，根据测量得到的B数值进行温度计算，得到画面的温度分布图像。
按照上述方法，抽取不同时刻下的图像数据，获不同位置得随时间变化曲线。
本发明还提供了一种烧结台车机尾近红外测温系统，包括：
温度分布图像采集模块，用于通过短波近红外多光谱成像仪采集烧结矿层断面的温度分布图像；所述温度分布图像包括第一图像和第二图像；所述第一图像为1.0um波段的温度分布图像，所述第二图像为0.8um波段的温度分布图像；
相对辐射数值计算模块，用于根据所述第一图像和所述第二图像计算相对辐射数值；
温度值计算模块，用于根据所述相对辐射数值计算温度值。
还包括：
温度校正模块，用于对短波近红外多光谱成像仪进行温度校正。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (7)
1.一种烧结台车机尾近红外测温方法，其特征在于，包括：
通过短波近红外多光谱成像仪采集烧结矿层断面的温度分布图像；所述温度分布图像包括第一图像和第二图像；所述第一图像为1.0um波段的温度分布图像，所述第二图像为0.8um波段的温度分布图像；
根据所述第一图像和所述第二图像计算相对辐射数值；
根据所述相对辐射数值计算温度值。
2.根据权利要求1所述的烧结台车机尾近红外测温方法，其特征在于，还包括：对短波近红外多光谱成像仪进行温度校正。
3.根据权利要求2所述的烧结台车机尾近红外测温方法，其特征在于，采用标准温度黑体对短波近红外多光谱成像仪进行温度校正。
4.根据权利要求1所述的烧结台车机尾近红外测温方法，其特征在于，采用普朗克辐射公式计算温度值。
5.根据权利要求1所述的烧结台车机尾近红外测温方法，其特征在于，所述短波近红外成像光谱仪的测量波段范围为0.4um-1.2um，温度范围为600-1300摄氏度，测量速度为5秒/幅图像。
6.一种烧结台车机尾近红外测温系统，其特征在于，包括：
温度分布图像采集模块，用于通过短波近红外多光谱成像仪采集烧结矿层断面的温度分布图像；所述温度分布图像包括第一图像和第二图像；所述第一图像为1.0um波段的温度分布图像，所述第二图像为0.8um波段的温度分布图像；
相对辐射数值计算模块，用于根据所述第一图像和所述第二图像计算相对辐射数值；
温度值计算模块，用于根据所述相对辐射数值计算温度值。
7.根据权利要求6所述的烧结台车机尾近红外测温系统，其特征在于，还包括：
温度校正模块，用于对短波近红外多光谱成像仪进行温度校正。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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