CN116380815B - 一种用于反应釜的分液面检测方法及检测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及化工的反应釜分液面检测领域，具体涉及一种用于反应釜的分液面检测方法及检测系统，步骤1、通过反应釜的视镜获得图像；步骤2、对获得的图像进行预处理，获得直方图；步骤3、判断分液面检测需要检测的对象，需要检测的对象分为浑浊度和色度；步骤4、获得多张预处理后的图像，通过图像的三通道灰度值获得浑浊度；步骤5、获得多张预处理后的图像，提取每张图像的RGB三通道图像得到色度；步骤6、根据获得的浑浊度值或色度值来判定分层是否流经。可以直接安装于现有视镜窗的法兰上。为应对不同被测液体及测量类型，调整不同光源强度，并且可以采用色度和浑浊度等评价指标对不同层进行区分。
Description
技术领域
本发明涉及化工的反应釜分液面检测领域，具体涉及一种用于反应釜的分液面检测方法及检测系统。
背景技术
在精细化工生产领域，反应原料在反应釜中反应后，出现了大密度产品在下，小密度产品在上的分液面。当反应釜中产品过多时，需要把下层小密度产品放出来，给萃取反应釜留出空间。放出管道上设置有视镜，通过视镜观察到分液面出现时，工作人员可以进行控制，实现流向的切换。
目前对视镜进行检测监控时，大多都是人工进行观察，部分企业采用了智能监测，但是由于各个企业设备情况不同，需要对视镜进行改装，增加了企业生产成本，如名称为一种智能视镜液相检测系统，申请号为202010651814.7的专利申请，其采用的技术方案为：包括视镜、光学系统、智能液位检测仪、信号处理模块。所述光学系统包括箱体与防爆灯，所述防爆灯安装在箱体内，所述光学系统安装在视镜上并且与智能液位检测仪相连接，所述智能液位检测仪安装在箱体上，所述智能液位检测仪通过箱体对视镜内进行检测，以及获取检测数据。所述信号处理模块被配置成获取所述智能液位检测仪检测得到的数据。但是此专利申请中的视镜系统仅在上下方设置连接法兰，其在使用过程中需替换已存在的视镜，替换下的视镜简介增加了企业生产成本；检测仪仅能检测液相变化，对光路及结构要求较高。
发明内容
基于上述情况，本发明提供了一种用于反应釜的分液面检测方法及检测系统，可以直接安装于现有视镜窗的法兰上。为应对不同被测液体及测量类型，调整不同光源强度，并且可以采用色度和浑浊度等评价指标对不同层进行区分。
本发明提供如下技术方案：一种用于反应釜的分液面检测方法，包括如下步骤 ：
步骤1、通过反应釜的视镜获得图像；
步骤2、对获得的图像进行预处理，获得直方图；
步骤3、判断分液面检测需要检测的对象，如果需要检测的对象为浑浊度，则进入步骤4，如果需要检测的对象为色度，则进入步骤5；因不同层的物理特性不同，反射或投射到相机上的光线也不同，相机获取具有不同表现的图像，计算获得色度、浑浊后，其对应结果也不相同，基于这一数值差异，可以检测不同层流经，并对不同层进行区分；
步骤4、获得多张预处理后的图像，通过图像的三通道灰度值获得浑浊度；
步骤5、获得多张预处理后的图像，提取每张图像的RGB三通道图像得到色度；
步骤6、根据获得的浑浊度值或色度值是否到达设定阈值，若达到设定阈值且浑浊度值或色度值处于下降趋势，则判定分层流经。获取物料流经及分层流经时对应的浑浊度或色度，并获取其变化规律及设定阈值，同样获取DCS系统中可协助判断的参数，例如液位信息，随后按照如下所示步骤，判断分层是否到来：设备将当前图像检测结果传输至DCS系统后，结合系统中的液位等信息，判断当前时间点分层是否将要流经；将要流经时，检测当前浑浊度或色度是否到达设定阈值,若达到设定阈值且浑浊度值或色度值处于下降趋势，则判定分层流经，应联动DCS系统进行控制。
步骤2中预处理包括先对图像进行自适应伽马矫正，在进行自适应直方图均衡化，调整图像亮度到设定范围。视镜窗观测物料多为流动状态，相机采集的影像受管道内涡流、物料流速、浑浊程度影响，可能会出现过曝光及欠曝光。因相机采样频率较高，所以在相机获取当前视镜窗图像后，软件先对其进行自适应伽马矫正，后采用自适应直方图均衡化，通过连续、快速的处理，调整图像亮度至合适范围，并减少其他噪音的干扰。
若检测对象为浑浊度，则采用步骤4，所述步骤4包括：步骤41、获得三张预处理后的图像，标注为目标图像，分别计算目标图像RGB三通道的平均灰度值，记RGB三个通道中变化幅值最小的为A，另外两通道为B、C，按照流经顺序对图像排序，记i=1,2,3，最终得到Ai、Bi、Ci，i=1,2,3，共9个灰度值，并基于此计算各通道变化幅值，通过如下所示公示计算通道B变化幅度 ，以及通道C变化幅度 />；
步骤42、计算各通道汇总系数 、 />、 />；
步骤43、记当前图像三通道灰度值为 ,获得高灵敏浑浊度值计算公式，并计算最终浑浊度Y；
。
若检测对象为色度，所述步骤5包括：步骤51、与计算浑浊度相同，先获取物料、分层流经后的三张预处理图像，按照RGB三通道分别提取每张目标图像三张通道图像，记为Iij，i为流经顺序，i=1,2,3，j为对应的RGB三通道，记j=1,2,3，记I为单通道灰度值符号，通过以下公式计算对应的单通道色度，记单通道色度为t，
对计算所得的 取整，并按照流经顺序，评估变化趋势，
记变化幅度最大的单通道色度对应的通道j=1、中等变化的单通道色度对应的通道为j=2、变化最小的单通道色度对应的通道为j=3，记最终色度为Col，按照如下公式计算图像的最终色度，
。
一种用于反应釜的分液面检测系统，包括用于反应釜的视镜，在视镜的两侧分别设置照明系统和检测系统。
所述的照明系统包括强度可调的光源，光源设置在第一防爆外壳内，所述防爆外壳通过第一法兰与视镜固定，光源透过法兰孔照射视镜的视镜窗。
所述的检测系统包括用于拍照的相机、用于传输图像数据的传输模块、用于供电的电源模块，所述相机与传输模块连接，所述电源模块与相机连接，相机和电源模块设置在第二防爆外壳内，第二防爆外壳通过第二法兰与视镜固定，相机通过采集穿透视镜的视镜窗的光线成像；所述的电源模块与光源连接。传输模块与DCS系统通讯，在分层流经时与DCS系统联动，协助控制对应泵机以及反应釜阀门，可实现物料流向的自动切换，相机可以采用智能相机。
所述相机的中心与第二法兰孔同心，所述光源的中心与第一法兰孔同心。所述的传输模块支持485通讯、4-20mA模拟量输出（4路AI）、4路开关量输出（继电器输出）。
通过上述描述可以看出，本方案的分离式检测系统与光源能够布置于多种工业现场，不需要对原有视镜进行拆除，降低了替换成本。采用相机检测色度和浑浊度，提高了检测性能，更多的可检测对象也扩展了系统的应用场景；智能相机采集参数设定降低了对现场与光源的硬件要求，提高了检测的准确性，并可适用于多种不同现场。
附图说明
图1为本发明具体实施方式的流程图。
图2为本发明检测系统的结构示意图。
图中，1：检测系统；2：照明系统；3：导线；4：视镜；11：第二法兰；12：第二防爆外壳；13：相机；14：传输模块；15：电源模块；21：第一法兰；22：第一防爆外壳；23：光源。
具体实施方式
下面将结合本发明具体实施方式中的附图，对本发明具体实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的具体实施方式仅仅是本发明一种具体实施方式，而不是全部的具体实施方式。基于本发明中的具体实施方式，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具体实施方式，都属于本发明保护的范围。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合；
通过附图可以看出，本发明的用于反应釜的分液面检测方法，包括如下步骤 ：
步骤1、通过反应釜的视镜获得图像。
步骤2、对获得的图像进行预处理，获得直方图；预处理包括先对图像进行自适应伽马矫正，在进行自适应直方图均衡化，调整图像亮度到设定范围。
步骤3、判断分液面检测需要检测的对象，如果需要检测的对象为浑浊度，则进入步骤4，如果需要检测的对象为色度，则进入步骤5。
步骤4、获得多张预处理后的图像，通过图像的三通道灰度值获得浑浊度。
步骤41、获得三张预处理后的图像，标注为目标图像，分别计算目标图像RGB三通道的平均灰度值，记RGB三个通道中变化幅值最小的为A，另外两通道为B、C，按照流经顺序对图像排序，记i=1,2,3，最终得到Ai、Bi、Ci，i=1,2,3，共9个灰度值，并基于此计算各通道变化幅值，通过如下所示公示计算通道B变化幅度 ，以及通道C变化幅度 />；
步骤42、计算各通道汇总系数 、 />、 />；
步骤43、记当前图像三通道灰度值为 ,获得浑浊度值计算公式，并计算最终浑浊度Y；
。
步骤5、获得多张预处理后的图像，提取每张图像的RGB三通道图像得到色度；
步骤51、先获取物料、分层流经后的三张预处理图像，按照RGB三通道分别提取每张目标图像三张通道图像，记为Iij，i为流经顺序，i=1,2,3，j为对应的RGB三通道，记j=1,2,3，记I为单通道灰度值符号，通过以下公式计算对应的单通道色度，记单通道色度为t，
对计算所得的 取整，并按照流经顺序，评估变化趋势，
记变化幅度最大的单通道色度对应的通道j=1、中等变化的单通道色度对应的通道为j=2、变化最小的单通道色度对应的通道为j=3，记最终色度为Col，按照如下公式计算图像的最终色度，
。
步骤6、根据获得的浑浊度值或色度值是否到达设定阈值，若达到设定阈值且浑浊度值或色度值处于下降趋势，则判定分层流经。
一种用于上述方法的反应釜的分液面检测系统，包括用于反应釜的视镜4，在视镜4的两侧分别设置照明系统2和检测系统1；所述的照明系统2包括强度可调的光源23，光源23设置在第一防爆外壳22内，所述第一防爆外壳22通过第一法兰21与视镜4固定，光源23透过法兰孔照射视镜的视镜窗；所述的检测系统1包括用于拍照的相机13、用于传输图像数据的传输模块14、用于供电的电源模块15，所述相机13与传输模块14连接，所述的传输模块14支持485通讯、4-20mA模拟量输出、4路开关量输出，通过串口协议接收相机13的检测结果。所述电源模块15与相机13连接，相机13和电源模块15设置在第二防爆外壳12内，第二防爆外壳12通过第二法兰11与视镜4固定，相机13通过采集穿透视镜的视镜窗的光线成像；所述的电源模块15与光源23连接进行供电。所述相机13的中心与第二法兰孔同心，所述光源23的中心与第一法兰孔同心。相机13通过采集穿透现场视镜4的视镜窗的光线成像，并采用上述方法中的步骤4、5计算获得浑浊度或色度作为检测数据。所述相机13完成检测数据后，发送结果至配置为透传模式的传输模块14，所述传输模块14将数据结果转换为工业信号，上传至现场DCS系统中。所述相机通过上述方法可检测色度、浑浊度等参数，色度的量程为0~999度、浑浊度的量程为0~1000度，可设定其中之一为主要检测对象，以此区分各个层。电源模块15上设置有接线柱，便于接线。电源模块15为相机13供电，通过导线3为光源23供电。两个防爆外壳的盖板上均开有安装孔，用于安装防爆管线。
将检测系统1与照明系统2通过第二法兰11、第一法兰21连接在视镜4上，当物料流经现场视镜4时，视镜4采集视镜窗口图像并且得到物料的检测结果，通过传输模块14上传至工业DCS系统中。在工作状态下，光源23照射视镜4的视镜窗，光线透过窗口，穿透物料到达检测系统1，被相机13的镜头采集，可通过调整镜头设定参数，提高成像清晰度，提高检测的准确性。
尽管已经示出和描述了本发明的具体实施方式，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离发明的原理和精神的情况下可以对这些具体实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (5)
1.一种用于反应釜的分液面检测方法，其特征在于包括如下步骤 ：
步骤1、通过反应釜的视镜获得图像；
步骤2、对获得的图像进行预处理，获得直方图；
步骤3、判断分液面检测需要检测的对象，如果需要检测的对象为浑浊度，则进入步骤4，如果需要检测的对象为色度，则进入步骤5；
步骤4、获得多张预处理后的图像，通过图像的三通道灰度值获得浑浊度；
步骤5、获得多张预处理后的图像，提取每张图像的RGB三通道图像得到色度；
步骤6、根据获得的浑浊度值或色度值是否到达设定阈值，若达到设定阈值且浑浊度值或色度值处于下降趋势，则判定分层流经；
所述步骤4包括：
步骤41、获得三张预处理后的图像，标注为目标图像，分别计算目标图像RGB三通道的平均灰度值，记RGB三个通道中变化幅值最小的为A，另外两通道为B、C，按照流经顺序对图像排序，记i=1,2,3，最终得到Ai、Bi、Ci，i=1,2,3，共9个灰度值，并基于此计算各通道变化幅值，通过如下所示公示计算通道B变化幅度，以及通道C变化幅度/>；
步骤42、计算各通道汇总系数、/>、/>；
步骤43、记当前图像三通道灰度值为,获得浑浊度值计算公式，并计算最终浑浊度Y；
)；
所述步骤5包括：
步骤51、先获取物料、分层流经后的三张预处理图像，按照RGB三通道分别提取每张目标图像三张通道图像，记为Iij，i为流经顺序，i=1,2,3，j为对应的RGB三通道，记j=1,2,3，记I为单通道灰度值符号，通过以下公式计算对应的单通道色度，记单通道色度为t，
对计算所得的取整，并按照流经顺序，评估变化趋势，
记变化幅度最大的单通道色度对应的通道j=1、中等变化的单通道色度对应的通道为j=2、变化最小的单通道色度对应的通道为j=3，记最终色度为Col，按照如下公式计算图像的最终色度，
。
2.根据权利要求1所述的用于反应釜的分液面检测方法，其特征在于，
步骤2中预处理包括先对图像进行自适应伽马矫正，在进行自适应直方图均衡化，调整图像亮度到设定范围。
3.根据权利要求1所述的用于反应釜的分液面检测方法，其特征在于：包括用于反应釜的分液面检测系统，分液面检测系统包括用于反应釜的视镜，在视镜的两侧分别设置照明系统和检测系统；
所述的照明系统包括强度可调的光源，光源设置在第一防爆外壳内，所述第一防爆外壳通过第一法兰与视镜固定，光源透过法兰孔照射视镜的视镜窗；
所述的检测系统包括用于拍照的相机、用于传输图像数据的传输模块、用于供电的电源模块，所述相机与传输模块连接，所述电源模块与相机连接，相机和电源模块设置在第二防爆外壳内，第二防爆外壳通过第二法兰与视镜固定，相机通过采集穿透视镜的视镜窗的光线成像；所述的电源模块与光源连接。
4.根据权利要求3所述的用于反应釜的分液面检测方法，其特征在于，
所述相机的中心与第二法兰孔同心，所述光源的中心与第一法兰孔同心。
5.根据权利要求3所述的用于反应釜的分液面检测方法，其特征在于，
所述的传输模块支持485通讯、4-20mA模拟量输出、4路开关量输出。
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Non-Patent Citations (1)
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|---|
| 基于数字图像处理的液位测量系统的研究与实现;羊冰清等;《电力工程技术》;第37卷(第04期);第57-64页 * |
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| CN116380815A (zh) | 2023-07-04 |
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