專利名稱：一種插入式爐窯攝象儀及圖象處理方法
技術領域：
本發(fā)明屬于工業(yè)爐窯的過程監(jiān)測與控制技術領域，特別是提供了一種插入式爐窯攝象儀及圖象處理方法。
背景技術：
九十年代初，國內外相繼研究開發(fā)了“高爐爐頂料面溫度攝象儀”(發(fā)明專利，專利號90102986)和“監(jiān)視用攝象機”(發(fā)明專利，專利號94115659)，還有一種熱圖象儀采用機械掃描方法得到料面溫度分布的圖象，用于觀察料面狀況和分析料面的溫度分布，用于指導高爐操作，為打開高爐黑盒子狀況邁進了一大步。受限于當時的技術水平和條件，攝象機形體大、價格昂貴，攝象機安裝在爐殼外部，觀察孔很大、移動和防護裝置復雜、掃描裝置壽命短，保護氣體用量大、生產維護費用高。在高爐使用過程中攝象機鏡頭和視窗結灰問題一直沒有解決，復雜的視窗活門和機械調焦裝置經常出現(xiàn)故障，在高爐生產過程中不能進行維護和檢修，只能等待休風時才能處理，因而沒有得到推廣應用。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供了一種插入爐殼內監(jiān)視工業(yè)爐窯內部情況用的攝象儀及圖象處理方法，特別是監(jiān)視煉鐵高爐冶煉過程中爐內料面工作情況，并用計算機對圖象處理定量描述料面氣流與溫度的分布狀況、監(jiān)視溜槽或大鐘的工作狀況以及裝料時料流情況、監(jiān)測爐內發(fā)生的管道和塌料等異常爐況的爐內監(jiān)測方法。
本發(fā)明的攝象儀主要由攝象儀本體、錄象機23、監(jiān)視器24、數(shù)字溫度表25、計算機26和彩色監(jiān)視器27構成；攝象儀本體由攝象槍16、管式冷卻器9、密封裝置15、窺視孔21、吹掃環(huán)22、測溫元件20、攝象機19構成。攝象機19裝在攝象槍16的前端，通過安裝在爐殼法蘭短管4上的管式冷卻器9插入爐內，保證攝象機在50℃以下工作，管式冷卻器9的直徑范圍為60～200mm，長度范圍為200～3000mm；采用窺視孔21內風和窺視孔外吹掃風雙重氣體防護的方式使插入爐殼內部的攝象機在高爐內高溫、高壓、高粉塵、高濕度的惡劣條件下長期連續(xù)工作，窺視孔21孔徑為Φ3～Φ15mm，由吹掃環(huán)22與攝象機19之間形成的吹掃環(huán)隙28的寬度為0.2～3.0mm；采用閥門13和密封套15雙重密封結構，使攝象儀能在生產中檢修維護。攝象儀的微型攝象機采用感光范圍寬的CCD芯片，在高爐生產時爐內無可見光的條件下，CCD芯片可以接收爐料在一定溫度范圍發(fā)出的紅外光線，轉化為爐內料面及設備的紅外圖象，再用計算機對該圖象進行圖象處理，得到料面氣流分布和溫度分布的定量數(shù)據(jù)。攝象儀采用針孔廣角鏡頭，其視角為90～120°只用一臺攝象機就可以觀察到整個料面以及溜槽或大鐘等設備的工作情況，降低了設備投資和運行費用，避免了用兩臺攝象機時對不同角度的兩個不完整圖象合成的難題，為料面圖象處理創(chuàng)造了有利條件。
與已有的熱圖象儀采用機械掃描方法對爐內料面上每一點的溫度進行測量，然后再合成整個料面的溫度分布圖的方法不同，本發(fā)明用攝象機同時得到整個料面的紅外圖象，再用計算機對紅外圖象進行圖象處理，根據(jù)紅外光強度與被測物體的溫度之間的相關關系，把圖象上各點的灰度值轉化為溫度值，用偽彩圖、數(shù)值圖、曲線圖等形式在彩色監(jiān)視器上顯示料面的溫度或氣流的分布狀況。
本發(fā)明的優(yōu)點在于采用沒有運動部件的微型攝象機獲取爐內的紅外圖象，裝置形體小、造價低、安裝方便、維護簡單、壽命長，窺視孔孔徑小、吹掃環(huán)隙窄、防護效果好、保護氣體用量少、使用費用低，可以用于各種工業(yè)爐窯，特別適用于各種容積的無鐘型式或雙鐘型式的高爐。


圖1是本發(fā)明的一種總體示意圖。其中高爐1，溜槽2，料面3，法蘭短管4，密封墊5，螺栓6，墊圈7，螺母8，管式冷卻器9，閥門10，排水口11，閥門12，閥門13，接管14，密封套15，攝象槍16，閥門17，接線帽18，攝象機19，測溫元件20，窺視孔21，吹掃環(huán)22，錄象機23、監(jiān)視器24、數(shù)字溫度表25、計算機26和彩色監(jiān)視器27、吹掃環(huán)隙28。
圖2是本發(fā)明的攝象儀本體的結構示意圖。
具體實施例方式
在高爐1爐頂爐殼的適當部位開孔，焊接法蘭短管4。管式冷卻器9通過密封墊5和法蘭短管4插入爐內，用螺栓6、墊圈7和螺母8將冷卻器安裝緊固并保證密封性。從閥門10向管式冷卻器9供水，水從排水口11排出，保證冷卻作用。從閥門12向高爐內通入保護氣(氮氣或凈煤氣)，通過吹掃環(huán)22與攝象機19之間的吹掃環(huán)隙28對窺視孔21進行連續(xù)吹掃。攝象槍16前端安裝專用攝象機19和測溫元件20，通過密封套15、接管14和閥門13插到冷卻器前端，保護氣(氮氣或凈煤氣)從閥門17通入攝象槍管內，從攝象機前端的窺視孔21吹入爐內，保證攝象機鏡頭與爐內氣體隔離，使攝象機在高爐內高溫、高壓、高粉塵、高濕度的惡劣條件下長期連續(xù)工作。由于攝象槍16通過密封套15和閥門13兩道密封，在高爐生產過程中可以將攝象槍16拔出到閥門13以上時將其關閉，再把攝象槍16、攝象機19和測溫元件20從密封套15中抽出，實行檢修和維護。由于采用寬感光范圍CCD芯片，在高爐爐內無可見光的條件下，CCD芯片可以接收爐料在一定溫度范圍發(fā)出的紅外光線，轉化為爐內料面3和溜槽2等爐內設備的紅外圖象。由于攝象鏡頭視角達90～120°，只用一臺攝象儀就可以觀察到整個料面3以及溜槽2和爐內探尺等設備的工作情況，為料面圖象處理創(chuàng)造了有利條件。攝象機的視頻信號和測溫元件的信號從密封的接線帽18引出，通過專用電纜送到值班室，接到錄象機23、監(jiān)視器24、數(shù)字溫度表25，使操作人員實時看到和記錄下爐內料面3和溜槽2等爐內設備的工作情況，通過攝象機19的工作溫度了解其工作狀況。視頻信號同時接入計算機26進行圖象處理，將料面的氣流分布和溫度分布的定量數(shù)據(jù)用偽彩圖、數(shù)值圖、分布曲線等形式顯示在彩色監(jiān)視器27上，用于指導高爐操作。
權利要求
1.一種插入式爐窯攝象儀，其特征在于由攝象儀本體、錄象機(23)、監(jiān)視器(24)、數(shù)字溫度表(25)組成；攝象儀本體由攝象機(19)、攝象槍(16)、管式冷卻器(9)、密封裝置(15)、窺視孔(21)、吹掃環(huán)(22)、測溫元件(20)組成；攝象機(19)裝在攝象槍(16)的前端，通過安裝在爐殼法蘭短管(4)上的管式冷卻器(9)插入爐內，管式冷卻器(9)的直徑范圍為60～200mm，長度范圍為200～3000mm；窺視孔(21)孔徑為Φ3～Φ15mm，由吹掃環(huán)(22)與攝象機(19)之間形成的吹掃環(huán)隙(28)寬度為0.2～3.0mm；采用閥門(13)和密封套(15)雙重密封結構；攝象機(19)采用針孔廣角鏡頭，視角為90～120°；采用窺視孔(21)內風和窺視孔外吹掃環(huán)隙(28)的吹掃風雙重氣體防護的方式。
2.一種采用本發(fā)明攝象儀的圖象處理方法，其特征在于圖象處理系統(tǒng)由攝象儀本體、計算機(26)和彩色監(jiān)視器(27)構成，攝象儀的微型攝象機采用感光范圍寬的CCD芯片，在高爐生產時爐內無可見光的條件下，CCD芯片可以接收爐料發(fā)出的紅外光線，轉化為爐內料面及設備的紅外圖象，再用計算機對該圖象進行圖象處理，得到料面氣流分布和溫度分布的定量數(shù)據(jù)；根據(jù)紅外光強度與被測物體的溫度之間的相關關系，把圖象上各點的灰度值轉化為溫度值，用偽彩圖、數(shù)值圖、曲線圖形式在彩色監(jiān)視器上顯示料面的溫度或氣流的分布狀況。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種插入爐殼內監(jiān)視工業(yè)爐窯內部情況用的攝象儀及圖象處理方法,特別是監(jiān)視煉鐵高爐冶煉過程中爐內料面工作情況,并用計算機對圖象處理定量描述料面氣流與溫度的分布狀況、監(jiān)視溜槽或大鐘的工作狀況以及裝料時料流情況、監(jiān)測爐內發(fā)生的管道和塌料等異常爐況的爐內監(jiān)測方法。攝象儀主要由攝象儀本體、錄象機(23)、監(jiān)視器(24)、數(shù)字溫度表(25)、計算機(26)和彩色監(jiān)視器(27)構成。其優(yōu)點在于:采用沒有運動部件的微型攝象機獲取爐內的紅外圖象,裝置形體小、造價低、安裝方便、維護簡單、壽命長。
文檔編號C21B7/24GK1384662SQ02121548
公開日2002年12月11日 申請日期2002年6月25日 優(yōu)先權日2002年6月25日
發(fā)明者高征鎧, 趙承平, 吳蘊英, 林劍, 高永 申請人:北京科技大學, 北京神網創(chuàng)新科技有限公司