EP1441177A1 - Verfahren zur Erkennung und Identifikation von Brennzonen - Google Patents
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Classifications
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Definitions
- the invention relates to an automated method for detection and identification of burning zones of a burning bed.
- the method is based on an imaging measurement and the Analysis of the infrared radiation emanating from a burning bed and is mainly used for monitoring, analysis and online optimization of combustion processes with fuels, their chemical-physical properties are subject to strong fluctuations, like that, for example, when burning biomass and waste incineration on a grate is the case.
- Rust burns are a proven method of implementation solid fuels in a burning bed.
- a burn grate is loaded with fuel on the feed side, the over known design-dependent transport mechanisms for the end of the grate is promoted.
- the fuel goes through one Drying, ignition and pyrolysis phase and then burns Excess oxygen, whereby there is a burning zone in the burning bed or form several firing zones.
- the invention has for its object to provide a method in contrast to previous methods in the case of strongly varying combustion bed properties, as caused by Fuels with highly variable chemical-physical Properties and intrinsic processes such as particle flight and flames are caused, one the physical-technical Boundary conditions corresponding and therefore representative Detection and identification of firing zones enabled.
- particle-free intermediate images F Z, NP, k , F Z, NP, k-1 , ..., F Z, NP, kM-1 are calculated from the image sequence M-1 by using a suitable binarization of the difference image from two successively recorded raw images (1.1) the areas disturbed by particles are recognized and replaced by image areas from undisturbed raw images (1.1).
- F Z, K Min (F Z, NP, K , F Z, NP, k-1 , ..., F Z, NP, kM- 1 ) suppressed.
- the relative combustion zone area A BZ, Rel is used to adapt the parameter ⁇ K to the time-varying properties of the combustion bed. It is the ratio of the area of all firing zones to the total firing bed area and, depending on the radiation distribution of the firing bed and the value of parameter ⁇ , lies in the range 0 ⁇ A BZ, Rel ⁇ 1.
- the relative focal zone area A BZ, Rel fluctuates in a much narrower range A BZ, Min A A BZ, Rel A A BZ, Max due to physical and technical boundary conditions, e.g. B. 0.1 ⁇ A BZ, Rel ⁇ 0.4. If the recognized burning zone has a relative burning zone surface that violates the limits A BZ, Min and A BZ, Max due to greatly changed properties of the burning bed, it can be assumed that it is not representative. The parameter ⁇ is therefore adjusted for the next process cycle K + 1 so that this violation is counteracted.
- parameter ⁇ is increased by the value ⁇ and if A BZ, Min is undershot , it is decreased by ⁇ .
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Abstract
Description
- zyklisch ein bestimmter Spektralbereich der infraroten Brennbettstrahlung in Form von N Rohbildern (FK, FK-1, ... FK-N-1) erfasst wird;
- die Rohbilder die Temperatur auf dem Brennbett repräsentieren;
- in jedem Verfahrenszyklus mittels gleitender Mittelung über nicht störungsminimierte Rohbilder eines oder mehrerer Verfahrenszyklen ein Analysebild FE,K errechnet wird, das zur Brennzonenerkennung herangezogen wird;
- aus dem Analysebild FE,K die maximale Brennbettemperatur ϑMax bestimmt und mit dem einmalig festgelegten Parameter α der Schwellwert ϑTh mit ϑTh = (αϑ Max zur Binarisierung des Analysebilds errechnet wird.
- Alle Punkte des Analysebilds FE,K, die größer oder gleich dem Schwellwert ϑTh sind, zählen zur Brennzone.
- durch den Strahlungsempfänger (1) mit einer festen Zykluszeit TZ die Strahlungsintensität des Brennbetts (5) durch eine Sequenz oder mehrere Sequenzen von M Rohbildern (1.1) Fk,Fk-1, ... , Fk-M-1 mit konstanter Abtastzeit TA erfasst werden.
- Die Rohbilder repräsentieren entweder die Strahlungsintensität des Brennbetts oder die Temperatur auf dem Brennbett, so dass verallgemeinernd von Grauwerten g gesprochen wird.
- in jedem Verfahrenszyklus aus einer Sequenz von Rohbildern (1.1) über mehrere Zwischenschritte ein Analysebild (2.6) errechnet wird, bei dem der verfälschende Einfluss der Störungen Partikelflug und Flammen eliminiert bzw. minimiert und eine orthogonale Sicht auf das Brennbett (5) dargestellt wird;
- zur Erkennung der Brennzonen aus dem laufend an die veränderlichen Brennbetteigenschaften angepassten Parameter α ein Schwellwert gTh errechnet wird, der zur Binarisierung des Analysebilds (2.6) FE,K genutzt wird;
- alle Bildpunkte des jeweils betrachteten Brennbettbereichs des Analysebilds (2.6) FE,K, die größer oder gleich dem Schwellwert gTh sind, werden als Brennzone dieses Bereichs betrachtet;
- für jeden betrachteten Brennbettbereich die ausgewählten Eigenschaften der Brennzonen identifiziert werden und anhand von Entscheidungskriterien geprüft wird, ob sie physikalisch-technische Randbedingungen verletzen. Ist dies der Fall, wird der bereichsweise gültige Parameter α so angepasst, d.h. entweder vergrößert oder verkleinert, dass einer Verletzung der Randbedingung entgegengewirkt wird.
Aufgrund der orthogonalen Anordnung der Kamera entfällt der Verfahrensschritt geometrische Transformation (2.5). Zur Erkennung der Hauptbrennzone wird ein Schwellwert gTh errechnet, der sich aus dem maximalen Grauwert des gesamten Brennbettbereichs gMax und dem im Verfahrenszyklus K gültigen Parameter αK ergibt gTh =αKgMax. Alle Bildpunkte des Analysebilds FE,K,die größer oder gleich dem Schwellwert gTh sind, sind Teil der Hauptbrennzone.
Claims (4)
- Verfahren zur Erkennung und Identifikation von Brennzonen eines Brennbetts,
wobei ein Strahlungsempfänger (1), der auf das Brennbett (5) gerichtet ist, die Strahlung vom Brennbett (5) erfasst und die dabei entstehenden Signale an ein angeschlossenes Bildverarbeitungssystem (2) überträgt, wo sie als zweidimensionale Datensätze, Rohbilder (1.1), gespeichert und verarbeitet werden,
und
die Identifikationsergebnisse (2.12) der Bildverarbeitung an eine Auswerteeinheit (3) und entweder an weitere angeschlossene Einheiten, wie eine Regelungs- und Steuerungseinheit (4.1), zur direkten Beeinflussung des Brennbetts (5) oder aber an eine angeschlossene Visualisierungs- oder Archivierungseinheit (4.2) weitergegeben werden,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Bildverarbeitungssystem (2) ausgewählte Störungen in den Rohbildern (1.1) mindestens aber Störungen durch Partikelflug und Flammen weitgehend oder vollständig eliminiert, indem in jedem Verfahrenszyklus eine äquidistant oder nahezu äquidistant abgetastete Sequenz von mindestens zwei Rohbildern (1.1) eingelesen wird,
wobei der Verfahrenszyklus darin besteht, dass alle Teilschritte vom Einlesen der Rohbilder (1.1) bis zum Ausgeben der Identifikationsergebnisse (2.12) an die Auswerteeinheit (3) einmal durchlaufen werden,
zuerst die verfälschende Wirkung des Partikelflugs eliminiert wird (2.1), so dass partikelfreie Zwischenbilder (2.2) entstehen,
anschließend zur Minimierung des Einflusses von Flammen eine Minimumfilterung (2.3) über die partikelfreien Zwischenbilder (2.2) von mindestens einem Verfahrenszyklus erfolgt, deren Ergebnis ein Zwischenbild (2.4) ist, bei dem der Einfluss von Partikelflug und Flammen minimiert ist,
auf das Zwischenbild (2.4) eine geometrische Transformation (2.5) angewandt wird, wenn dies nicht bereits durch die Anordnung des Strahlungsempfängers (1) gegeben ist, so dass der dann entstehende zweidimensionale Datensatz, das Analysebild (2.6), eine von der verfälschenden Wirkung der Störungen weitgehend freie und flächengetreue, d.h. orthogonale Abbildung der Brennbettstrahlung ist,
anschließend das Analysebild (2.6) mit einem Schwellwert errechnet wird, der mit einem Parameter α, dessen Startwert α0 (2.12) für den ersten Verfahrenszyklus innerhalb der Grenzen von 0≤ α0 ≤1 festzulegen ist,
eine Erkennung der Brennzonen durch eine Binärisierung (2.7) des Analysebilds (2.6) erfolgt,
anschließend in einem Identifikationsschritt (2.8) ausgewählte Eigenschaften von Brennzonen, wie deren Fläche, deren Ausrichtung oder deren Temperatur, identifiziert werden,
in einem Validitierungsschritt (2.9) anhand von mindestens einem Entscheidungskriterium geprüft wird, ob und/oder wie die Identifikatiönsergebnisse (2.13) vorgegebene oder plausible physikalisch-technische Randbedingungen (2.10) verletzen, die als Datensatz im Bildverarbeitungssystem (2) gespeichert vorliegen,
und wenn eine solche Verletzung vorliegt, im Anpassungsschritt (2.11) der Parameter α entweder so verkleinert oder vergrößert wird, dass er in jedem Fall einer Verletzung der physikalisch-technischen Randbedingungen (2.10) entgegenwirkt,
und wenn keine Randbedingung verletzt ist, der Parameter α unverändert bleibt und mit der Weitergabe der Identifikationsergebnisse (2.13) an die Auswerteeinheit (3) die Erkennung und Identifikation der Brennzonen abgeschlossen wird. - Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Strahlungsempfänger (1) entweder die absolute oder die relative Infrarotstrahlung des Brennbetts in mindestens einem Teilspektrum erfasst wird.
- Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb eines Verfahrenszyklus mindestens eine Sequenz von Rohbildern (1.1) ausgewertet wird.
- Verfahren nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, dass bei der Brennzonenidentifikation für mehrere, auch überlappende Bereiche des Brennbetts, eine bereichsbezogene Erkennung und Identifikation der Brennzonen mit einem bereichsweise gültigen Parameter α durchgeführt wird.
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