CN114858088A - 工业窑炉检测方法和装置 - Google Patents

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Abstract

工业窑炉检测方法和装置，该装置包括：激光枪，通过其前端安装的光学透镜组将所接收的脉冲激光进行预设转变后射向炉内目标；脉冲激光器，用于产生供给激光枪的脉冲激光；摄像枪，通过其前端安装的相机来接收和成像由炉内目标反射的脉冲瞬时激光图案；同步延时器，用于同步协调脉冲激光器与相机，以使相机同步接收并成像仅由炉内预定目标反射的脉冲瞬时激光图案；以及图像处理系统，接收来自相机的成像并进行图像分析处理以模拟得到炉内目标形状。本发明能够实时获得炉内布料和所装填炉料的清晰料面形状图像，从而有效克服了工业窑炉内环境对激光散射的影响。

Description

工业窑炉检测方法和装置
技术领域
本发明涉及工业窑炉尤其是高炉的炉内探测技术。
背景技术
高炉及其他工业窑炉是个密闭的反应器，窑炉的环境多为高温、高压、多粉尘。而窑炉内炉料装填的状态直接关系到窑炉的生产指标和正常运行。
高炉及工业窑炉内部密闭、高温、高压和多粉尘的环境给炉料的料面探测和测量造成了极大困难，所述探测系统不仅要解决零部件的耐高温高压问题，还要解决炉内无可见光且存在大气流和多粉尘的情况下获取料面清晰图像的难题。
发明内容
本发明的目的是提供一种炉内料面形状检测技术，其能最小化干扰地进行实时检测。
根据本发明的第一方面，提供了一种工业窑炉检测装置，包括：
激光枪，采用贯穿插入方式安装于窑炉的炉壁且其前端伸入窑炉内部，并通过其前端安装的光学透镜组将所接收的脉冲激光进行预设转变后射向炉内目标；
脉冲激光器，用于产生供给激光枪的脉冲激光；
摄像枪，也采用贯穿插入方式安装于窑炉的炉壁且其前端伸入窑炉内部，并通过其前端安装的相机来接收和成像由炉内目标反射的脉冲瞬时激光图案；
同步延时器，用于同步协调脉冲激光器与相机，以使相机同步接收并成像仅由炉内预定目标反射的脉冲瞬时激光图案；以及
图像处理系统，接收来自相机的成像并进行图像分析处理以模拟得到炉内目标形状。
根据本发明的装置，其中炉内目标优选为高炉料面，图像处理系统接收来自相机的成像并进行图像分析处理以模拟得到炉内料面形状。
根据本发明的装置，其中相机优选为像增强器相机，具有作为快门的选通门，专门用于接收并成像瞬时激光图案。
根据本发明的装置，优选脉冲激光器产生波长为532nm～1550nm的激光以具有良好的炉内通过性。
根据本发明的装置，优选脉冲激光器的脉冲宽度为500ps～10ns，脉冲能量为100mJ～50J,重复频率为1Hz～50Hz。
根据本发明的装置，脉冲瞬时激光图案优选为点、线和/或面图案。
根据本发明的装置，脉冲激光器和/或相机可以为多个。
根据本发明的另一方面，提供了一种工业窑炉炉内料面检测方法，包括：
将预定脉冲激光射向炉内目标；
仅对炉内预定目标所反射的脉冲瞬时激光图案进行同步成像；以及
对所述成像进行图像分析处理以模拟得到炉内目标形状。
本发明利用激光选通成像进行料面检测，能够在密闭、高温、高压和多粉尘的工业窑炉尤其是高炉的生产环境下，实时获得炉内布料和所装填炉料的料面形状图像、数据和图形。所获图像清晰，料面形状测量数据准确，从而有效克服了工业窑炉内环境对激光散射的影响。本发明因此具有成像清晰、对比度高、抗干扰能力强、不受环境光影响等特点。
本发明在工业窑炉尤其是高炉上的应用使得操作者在不减产和停炉状态下就可以实时获取所布放和装填炉料的料面形状，为其判断窑炉设备的运行工作状态、判断所装填炉料在炉内的位置和分布是否满足预期提供了一种非常有效的手段，从而使得操作者能够提前采取各种调控措施，为保障窑炉生产的高效率、低能耗、长寿命和安全生产创造了有利条件。
附图说明
图1为本发明的检测装置应用于高炉的结构示意图。
具体实施方式
图1示意性示出了本发明的用于高炉炉内料面的检测装置。图1示出了分别安装在高炉BF的炉壁W的不同位置的插入式激光枪11、12和插入式摄像枪21。这种激光枪11、12和摄像枪21通常还引入有吹扫气流以及冷却水流以对其进行清扫和冷却作业来应对高炉的恶劣环境。
这种插入式枪体的冷却水和吹扫气布置方式已为本领域所熟知，可例如参见申请人之前的相关专利申请CN1505387A、CN1877249A、CN206438145U、CN206402324U、CN201540038U等，在此以参见方式引入其全部内容。
激光枪11、12的前端伸入炉内并分别安装有发射光学透镜组13、14，激光分别经过透镜组13、14转变形成特定图案(点、线和/或面)后射向炉内目标料面(未示出)。
摄像枪21的前端也伸入炉内并安装有相机20，相机20具有作为快门的选通门，如后进一步详细所述用于接收并成像由炉内目标反射的脉冲瞬时激光图案。
脉冲激光器10用于产生供给激光枪11、12的脉冲激光。脉冲激光器10也可以为多个(图示为2个)，分别与相应的激光器11或12相对应。脉冲激光器10具有较高的脉冲峰值功率和较窄的脉冲宽度，例如脉冲宽度500ps～10ns，脉冲能量100mJ～50J,重复频率1Hz～50Hz，用于发生一定波长的脉冲激光例如1550nm、1064nm、905nm、532nm以具有良好的炉内通过性。
在图1所示实施例中，激光枪11、12还分别与激光枪控制箱15、16相连。激光枪控制箱15、16用于控制激光枪11、12的启停、冷却、清扫等。摄像枪21也与摄像枪控制箱22相连，摄像枪控制箱22用于控制摄像枪21的启停、冷却、清扫等。
同步延时器(或“同步器”)30同步协调脉冲激光器10和相机20或其选通门，以使相机20同步接收并(闪取)成像仅由炉内目标料面反射的脉冲瞬时激光图案。换言之，由于反射时间滞后或提前的原因，除了炉内目标料面所反射的激光图案，相机20基本上不会成像与目标料面距离不同的其它炉内物体例如粉尘等所反射的激光图案(即干扰图案)。同步延时器30也可以为多个(图示为2个)，分别与相应的脉冲激光器10和相机20相对应。
相机20优选采用像增强器相机，其具有外触发和选通功能、具有高空间分辨率和高量子效率等特点。这种像增强器相机一般由前置镜头、像增强器、耦合器和CCD/CMOS相机构成。
这样，在同步延时器30对脉冲激光器10与相机20的同步协调作用下，相机20得以实现“选通”成像：以同步闪取方式获得脉冲激光照射到炉内料面上并反射到相机的瞬时图案，从而最大程度地滤除掉激光传播过程中炉内气流和粉尘散射的影响，最后得到足够清晰的料面形状图像。
图像处理系统40接收来自相机20的成像并进行图像分析处理以模拟得到炉内料面形状。这种利用激光射入炉内并采用炉内照相或摄像的方式来模拟得到炉内料面形状的图像分析处理技术也为本领域所熟知，可例如参见申请人之前的相关专利申请CN1877249A、CN101576376A、CN102382918A等，在此同样以参见方式引入其全部内容。
图像处理系统40可以通过信号传输单元41、42来接收/传输各种信号。信号传输单元41、42将各种控制信号和数据信号转换成光信号进行传输，一方面实现信息的远程传输，另一方面可以减少环境电磁波对信号的干扰。
如上所述，本发明是激光选通技术在工业窑炉尤其是高炉料面测量领域的全新应用。激光距离选通成像是利用脉冲激光和选通摄像机，以时间的先后分开不同距离的散射光和目标距离的反射光，使由被探测目标反射回来的辐射脉冲刚好在相机选通工作的时间内到达相机并成像。脉冲激光器发射很强的短脉冲，脉冲激光传输到目标上并反射到相机，只有脉冲激光射向目标并由预定目标反射到相机时相机选通门才开启，选通门开启持续时间与激光脉冲一致，而其他时间相机选通门则关闭。
本发明的激光选通成像技术具有成像清晰、对比度高、抗干扰能力强、不受环境光影响等特点。本发明能够有效解决在密闭、高温、高压、高粉尘的环境下，实时测量出工业窑炉内部炉料的料面形状，使得窑炉操作者能够实时获取所装填炉料是否达到预期，进而为实时监控和调整工业窑炉的生产状态创造了条件。
本领域技术人员应当理解，以上图示实施例仅用于更好地理解本发明而非用于任何限制目的。

Claims (8)

1.一种工业窑炉检测装置，包括：
激光枪，采用贯穿插入方式安装于窑炉的炉壁且其前端伸入窑炉内部，并通过其前端安装的光学透镜组将所接收的脉冲激光进行预设转变后射向炉内目标；
脉冲激光器，用于产生供给激光枪的脉冲激光；
摄像枪，也采用贯穿插入方式安装于窑炉的炉壁且其前端伸入窑炉内部，并通过其前端安装的相机来接收和成像由炉内目标反射的脉冲瞬时激光图案；
同步延时器，用于同步协调脉冲激光器与相机，以使相机同步接收并成像仅由炉内预定目标反射的脉冲瞬时激光图案；以及
图像处理系统，接收来自相机的成像并进行图像分析处理以模拟得到炉内目标形状。
2.根据权利要求1的工业窑炉检测装置，其中炉内目标为高炉料面，图像处理系统接收来自相机的成像并进行图像分析处理以模拟得到炉内料面形状。
3.根据权利要求1的工业窑炉检测装置，其中相机为像增强器相机，专门用于接收并成像瞬时激光图案。
4.根据权利要求1的工业窑炉检测装置，其中脉冲激光器产生波长为532nm～1550nm的激光以具有良好的炉内通过性。
5.根据权利要求1的工业窑炉检测装置，其中脉冲激光器的脉冲宽度为500ps～10ns，脉冲能量为100mJ～50J,重复频率为1Hz～50Hz。
6.根据权利要求1的工业窑炉检测装置，其中所述脉冲瞬时激光图案为点、线和/或面图案。
7.根据权利要求1的工业窑炉检测装置，其中脉冲激光器和/或相机为多个。
8.一种工业窑炉检测方法，包括：
将预定脉冲激光射向炉内目标；
仅对炉内预定目标所反射的脉冲瞬时激光图案进行同步成像；以及对所述成像进行图像分析处理以模拟得到炉内目标形状。
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