数字图像处理在电厂火焰检测中的应用 第5页
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第二章火焰图像传感器设计
2.1火焰图像传感器结构
火焰图像传感器由传像光纤CCD摄像机和冷却系统组成结
构示意图如图2.1所示图2.1传感器示意图
1-CCD保护套管2-进风口3-CCD镜头4-CCD保护套管密闭盖
5-视频输出线及电源6-CCD摄像机7-外层进风口8-内层进风口
9-传像光纤10-前物镜11-光纤固定金属片
光纤前端是一成像物镜插入二次风道内获取单火焰燃烧图像
图像经过传像束传到光纤的后端在后端有一CCD摄像机完成光
电转换形成标准电视信号CCD摄像机和传像光纤使用自然风进
行冷却风吹过保护套管直接排入炉膛内
作为一次传感元件,火焰图像传感器是火焰检测装置的关键部
件不但要求它视野宽阔传像清晰,还要求能适应恶劣的工业环境
和便于文护
2.1.1传像光纤
传像光纤是以玻璃纤文为主体,传像光纤之所以能够传递图像是
由它自身的结构和特点所决定的在理想情况下,每根光学纤文都有
良好的光学绝缘性,都能独立传像而不受其它单丝的影响在直径
1 1.5mm的传像光纤中有2万多根单丝,每根单丝由许多个亮度不华北电力大学北京硕士学位论文
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等的像元组成,每根光学纤文单丝都可以通过自己的取样孔而独立地
传递一个像元入射图像可看作由许多亮度不等的像元组成每根光
学纤文单丝通过自己的取样孔独立传递一个像元由于纤文的两端及
其全长在成型前是精确排列的,排列的传像光纤中的单丝也是一一对
应的,即每根光学纤文中单丝在入射端和出射端的几何位置完全一
致这样,就能准确而且清晰地传输图像传像光纤既耐高温又具有
良好的柔韧性
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2.1.2 CCD摄像机
CCD是英文CHARGE-COUPLED DEVICES的缩写一般翻译
为电荷耦合器件是一种以电荷包的形式存储和传递信息的半导
体表面器件由CCD组成的摄像机视频信号的形成过程如图2.2所
示CCD矩阵单元在驱动电路的作用下将光信号转换为电荷信号
然后经过视频信号处理电路形成标准的电视信号
光信号
图2.2视频信号的形成
本文所设计的火焰图像传感器中用到的CCD摄像机具有如下特
点
(1)自动亮度控制ALC/电子亮度控制(ELC).
(2)自动增益控制AGC+15dB和自动跟踪白平衡ATW
(3)可以选择内部同步INT或电源同步LL的摄像机同步
方式.
(4)480行水平清晰度
摄像机的主要规格如下
摄像器件752水平582垂直像素行间变换CCD
扫描面积4.89水平3.67垂直mm等于1/3英寸摄像
管的扫描面积
同步作用可选择内部电源同步或多重化垂直激励VD2方
式
CCD矩阵驱动电路视频信号
处理电路华北电力大学北京硕士学位论文
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扫描625行/50场/25帧
水平15.625kHz
垂直50.00Hz
水平析像力480行
视频输出1.0V[p-p]PAL复合75/BNC接头
信噪比50分贝AGC断开负载接通
电子亮度控制相当于连续可变快门控制在1/50秒与1/15000
秒之间
最小亮度0.6勒F0.75等于2.0勒F1.4
镜头安装方式C安装或CS安装方式
环境温度-10至+50
环境湿度小于90%
电源/耗电直流12V 270mA
外形尺寸67宽65高123长mm
2.1.3冷却系统
火焰图像传感器插在二次风道中用于检测单个燃烧器火焰传
感器采用风冷却整个系统从外界吸收的热量为火焰对传感器的辐
射热和二次风道对传感器管壁的传导热为了将前物镜及传像光纤保
持在一定的温度可通过冷却风与管壁的对流换热将系统吸收的热
量带走在传感器设计中采用双层套管结构在套管之间及套管内
部通入冷却风
由于二次风道内的温度很高远远高于传像光纤和CCD摄像机的
耐温温度所以冷却系统的设计就显得尤为重要是保证火焰图像
传感器乃至整个火焰检测系统正常工作的必要前提对此依靠传热
学以及工程流体力学的知识对冷却系统进行了计算为在电厂的应
用提供了理论基础华北电力大学北京硕士学位论文
2.2冷却系统设计
2.2.1传热学及流体力学基础
l传热学基础
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热力学第二定律指出凡是温度差存在的地方热量就会自发地
由高温物体传向低温物体部分传热学就是研究在温差作用下热量
传播过程规律的一门学科工程技术中的传热问题常常是非常复杂
的问题但按过程的物理本质来区分复杂的热交换过程可以分为三
种基本方式热传导对流换热和热辐射
不管以何种方式进行传热相互换热的物体间必须有一个共同条
件既存在有温度差温度差是传热的必要条件和推动力
早在十八十九世纪由于各种热机的相继出现热学作为物理
学的一个部分而日益发展起来它研究了一些热现象的普遍原理其
中包括有热传播的各种问题并先后出现了关于导热对流换热热
辐射的计算公式
1导热傅立叶1822年公式式中λ导热系数单位是瓦特每米开尔文W/(m?K)
δ传热壁的厚度m
?T壁两侧表面温度差K
2对流换热牛顿1702年公式
QTTA
wf
=α(?)(2.3)
或q=α?TW/m2(2.4)
式中α放热系数表征流体和固体表面间放热强度的
系数单位是瓦特每平方米开尔文W/(m2 ?K)w
T固体表面温度K
T流体温度K
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