火焰图像监测系统研究 第5页
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该视频切换矩阵由Advantech PCL-725继电器卡和四个四选一切换
器组成利用继电器卡控制四个四选一切换器同时切实现了十优选四
对应层四个火焰燃烧器的功能
2.3.4画面分割器
系统采用了KCQ-405彩色数字四画面分割器和ROBOT十优画面分
割器
KCQ-405四画面分割器能将四路摄像机信号以分割的形式数字合
成一副图像实时显示显示速率50场/秒具有单路看自动巡视画
中画观看报警联动录像放大回放计算机遥控等功能连接如图2.8
示
图2.8四画面分割器连接示意图
ROBOT十优画面分割器将十优路摄像机信号以分割的形式数字合
成一副图像实时显示在显示器上
2.3.5录像机
本系统采用高性能的工业录像机可以实现最长为40个小时的循环华北电力大学北京硕士学位论文
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录制有效的记录了火焰的燃烧状况利于做出合理的燃烧状况分析和
事故追查
2.3.6上位机与下位机
上位机由高性能工业用计算机彩色图像采集卡共享器等模块组
成主要实现火焰的单画面四画面和十优画面显示伪彩色温度场
燃烧强度直方图历史曲线全炉膛燃烧偏斜状态判断各燃烧器的状
态显示等功能
上位机通过图像采集卡分别将全炉膛信号画面分割器信号或录像
机信号转换成数字信号送入计算机进行处理处理后的结果通过一个
共享器可以同时供两台显示器进行观看操作人员也可以通过任何一个
共享器的任何一个端口对系统进行控制
下位机由四台高性能工控机图像采集卡继电器卡组成每一台
工控机对应一层火焰燃烧器CPU轮流对四个燃烧器进行处理求得火
焰燃烧信息并能够发出On/Off报警信息工控机通过通信串口与上位机
进行通信
系统采用NORCO-630V高性能工业用计算机CPU卡采用了
Intel440X AGPset芯片组提供了一个高性能高安全性高稳定性的工
业电脑平台还具有ESD保护功能Watching Timer DOC(Disk on Chip)
功能使系统更加稳定可靠
彩色图像采集卡是基于PCI总线结构的彩色视频采集设备采用了
高精度的Gen Lock技术和线性箝位技术所采集的图像精度高A/D转
换后的数字视频信号的误差小采样的抖动(pixel jitter)不大于3ns传输
速度最大可以达到132MHz由于采用了匹配式的高速传输方式加上完
善的软硬件中断处理在向内存采集图像的同时CPU可以独立的做其
他的处理工作这种图像采集与CPU图像处理的分享总线的技术为实时
图像处理提供了技术保障使CPU获得了大量的时间用于处理其他信息华北电力大学北京硕士学位论文
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§2.4小结
分析了系统的基本功能在这些功能的基础上设计了系统硬件结构
并对部分的硬件作了介绍与分析完成了整个系统硬件设计为软件设
计奠定了基础华北电力大学北京硕士学位论文
第3章火焰检测算法
炉膛火焰燃烧状况是否稳定直接关系着锅炉安全性和经济性炉膛
必须具有安全可靠的炉膛安全监测系统而炉膛安全监测系统能否起到
灭火保护作用取决于炉膛火焰监测系统能否正确的给出火焰有无燃
烧是否稳定等信号影响本系统检测可靠性和有效性的最重要因素之一
就是火焰燃烧判断算法设计可靠的火焰燃烧判断算法将直接影响着
锅炉运行的安全性
炉膛火焰检测算法主要是在数字图像上进行判断数字图像是由图
像传感器从锅炉内部直接摄取燃烧器的燃烧图像然后传送到计算机经
过采样后得到的图像传感器的安装位置直接影响到最终看到的图像
图像的不同使用的判断算法也就会有很大的差别甚至是完全的
相反在这套系统中根据不同情况设计了对应的算法使得该火焰检
测系统具有了更强的适应性对于不同的火焰燃烧情况只需要调出对
应算法就可以准确判断火焰的燃烧状况
§3.1图像特征分析
3.1.1火焰燃烧特性
要正确分析火焰燃烧情况首先需要了解火焰燃烧器的燃烧特性
由燃烧器煤粉火焰特性可知燃烧分三个区域
[2][12]
初燃烧区燃烧区和火
焰尾迹在初燃烧区主要以紫外线可见光和红外线等波段辐射能量
但辐射强度不是最大在燃烧区火焰亮度最大该区主要是可见光和红
外线波段的能量辐射而且辐射强度最大紫外线较少在火焰尾迹以
红外线辐射为主因此用图像方法做火焰燃烧检测可以把燃烧区作为检
测区域
3.1.2安装位置影响
理想情况下传感器的安装位置正对着火焰初始燃烧区这样由于
传感器的视角较大就会同时观测到黑龙和燃烧区图像此时在火焰
的喷射方向上灰度梯度变化最大便于利用图像处理方法进行有效的
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