火焰图像监测系统研究
摘要
锅炉燃烧状况影响着电站安全性和经济性而目前常用火焰检
置不能有效可靠地进行火焰检测火焰检测的有效性可靠性以
烧状况可视性一直是生产现场迫切需要解决的问题
本文的主要目标是根据煤粉燃烧特性和火焰图像特征利用
图像处理和计算机技术设计一套火焰图像监测系统对火焰进行
可靠地检测同时监测锅炉燃烧过程并提供一个可视化的研究平
为今后研究提供基础主要完成了下述研究和开发工作
1.在借鉴国内外火焰检测技术和图像监测系统的基础上根据
要求及监测系统进行功能分析完成了火焰图像监测系统的硬件设
2.根据火焰燃烧的图像特征完成了火焰检测算法设计算法
自适性和故障诊断功能解决了常规火焰检测装置的误报问题提
系统的可靠性
3.利用色度学理论辐射定理和火焰的辐射特性并经过推导
析得到了相对精度较高的温度场计算公式为运行人员提供了燃
对温度场图像在此基础上进行了燃烧诊断的初步研究
4.完成了火焰监控系统的软件设计和算法的编程实现实现了
图像的实时显示提供火焰燃烧强度温度场直方图历史曲线
度曲线等重要的火焰燃烧信息准确的发出了灭火报警及传感器故
号
5.系统具有事故追忆功能能够实时记录火焰的燃烧情况和事
生时间以供分析查看
系统软件采用面向对象程序设计方法界面友好操作简便
高度开放性
系统在河南某电厂200MW机组经过多次工业性试验取得了较
效果
关键词火焰检测图像处理电站锅炉温度场3
ABSTRACT
The combustion status of boiler affects the safety and economy o
power plant.But at present for many reasons the conventional flame det
can’t work properly.The safety and reliability of flame detecting,an
visibility of combustion status are the problems in the power plant that
be solved as soon as possible.
The main purpose of the research is to design a flame image det
system,based upon the characteristic of flame,using digital image proc
technique and computer.The system can detect the flame more reliabl
monitor the course of burning at the real time.It also provides the
information for further research.The main work of the research as follow
1.The structure of the hardware system based upon flame
detecting technique is designed.
2.The flame detecting algorithm is put forward according t
characteristic of flame image.As adaptability and failure diagnosis fun
of the algorithm the problems causing wrong alarm by former flame det
are resolved and the reliability of the system is higher.
3.The formula with more precise is developed on the theory of col
the effects of flame radiation.The visual temperature field is provid
operator.
4.The system software is developed.The system can display live
image and provide other information about the combustion status.
5.The system can record flame image that can be examined at any t
As adopting object-oriented programming,the system has a friendl
interface,easy operation and various functions.
The system has been gong through the experiments at 200 MW
boiler in power plant in HeNan,and the results is satisfied.
KEY WORDS:flame detecting;image processing technique;
boiler;temperature field4
目录
第1章绪论…………………..…………..…………………………………1
§1.1选题目的和意义…………………………………………….1
1.1.1选题背景………………………………………………1
1.1.2目前情况………………………………………………1
1.1.3存在问题………………………………………………3
§1.2相关研究…………………………………………………….4
1.2.1国外研究………………………………………………4
1.2.2国内研究………………………………………………5
§1.3研究内容及意义…………………………………………….5
§1.4小结………………………………………………………….7
第2章火焰图像监测系统硬件设计..……………………………………..8
§2.1系统功能…………………………………………………….8
§2.2系统结构…………………………………………………….9
§2.3系统硬件…………………………………………………...10
2.3.1火焰图像传感器……………………………………..11
2.3.2视频分配器…………………………………………..12
2.3.1视频切换矩阵………………………………………..13
2.3.2画面分割器…………………………………………..14
2.3.1录像机………………………………………………..14
2.3.2上位机与下位机……………………………………..15
§2.4小结………………………………………….…………..…16
第3章火焰检测算法……………………………………..………………17
§3.1图像特征分析……………………………………………...17
3.1.1火焰燃烧特性………………………………………..17
3.1.2安装位置影响………………………………………..17
3.1.3火焰图像特征………………………………………..18
§3.2火焰检测算法……………………………………………...20
§3.3小结………………………………………………………...22
第4章温度场测量与燃烧诊断………..…………………………………23
§4.1基本原理………………………………………..…..……...23
4.1.1 CCD光谱特性……………………………..…..…….23
4.1.2辐射定理…………………………………..……..…..23
§4.2算法分析………………………………………..…..……...25
4.2.1算法一……………………………………….……….25
4.2.2算法二……………………………………..…..……..29
4.3算法实现…………………………..……..……..…..……...33
4.3.1温度场…………..………………………..…..……..33
4.3.2灰度化和伪彩色………..………………..…..……..34
§4.4火焰偏斜诊断……….….……………………..…..……...36
§4.5小结…………...………………………………..…..……..37
第5章软件设计.…..………………………………………….…………38
§5.1开发工具选择.………….……………………....….……..38
§5.2编程基础………….………………………..………..……..39
5.2.1面向对象程序设计……….……………..……..…….39
5.2.2进程…….……………………………..………..…….40
5.2.3线程…….……………………………..………..…….41
§5.3上位机程序设计…………..………………….……..……..42
5.3.1上位机主要功能……………………….…..……….42
5.3.2用户界面……………………………….…..……….42
5.3.3温度场实现…………………………….…..……….43
5.3.4直方图实现………………………….………..…….44
5.3.5平均强度..……………………..…….…………….45
5.3.6火焰偏心诊断.………..……….…….…………….46
§5.4下位机程序设计……………………..….…..……………..47
§5.5通信….………..…………………………………………..49
5.5.1 RS-232通信简介………………….…..……………49
5.5.2上位机通信响应程序…………….…..…………….52
5.5.3下位机通信程序………………..…….…………….54
5.5.4下位机报警程序…………………...……………….55
5.5.5下位机中断响应程序……………...……………….57
§5.6小结.……………………………………………………..57
第6章结论与展望.………………...……………………………………59
§6.1概述.…………………….……………………………….59
§6.2本文的主要工作和成果.…………………….…………...59
§6.3进一步完善.……………….……………………………...60
发表文章…………………………………………………………………..61
参考文献.………..……….………………………………………………62
致谢.………..…………….………………………………………………545
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