專利名稱：鍋爐、容器內(nèi)的火焰的形狀特征參數(shù)測量方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種火焰的特征區(qū)域的形狀參數(shù)的具體數(shù)值的測量方法及裝置，特別涉及一種鍋爐、容器內(nèi)的火焰的形狀特征參數(shù)的具體數(shù)值的測量方法及裝置；屬于能源節(jié)能領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
氣體、液體(包括水一煤漿)、固體等可燃物在鍋爐等容器內(nèi)燃燒、反應(yīng)產(chǎn)生火焰，火焰大致可以分為未燃區(qū)、初燃區(qū)、燃燒區(qū)等特征區(qū)域，燃煤的燃燒區(qū)火焰前端融入到全爐膛中心火焰，邊界不明顯；燃油的燃燒區(qū)前后端邊界明顯；火焰的大小、形狀反映了可燃物與助燃劑反應(yīng)的狀態(tài)。
目前國內(nèi)、國外針對鍋爐等容器內(nèi)燃燒反應(yīng)，沒有對火焰特征區(qū)域的形狀參數(shù)進(jìn)行測量方法及裝置，只能依靠傳統(tǒng)火檢檢測到的火焰強(qiáng)度這個(gè)非常模糊參數(shù)，結(jié)合其它間接參數(shù)，對于容器內(nèi)燃燒狀態(tài)的進(jìn)行的分析，不同人員分析判斷的結(jié)果不盡相同，根據(jù)判斷結(jié)果來操作調(diào)整可燃物和助燃劑。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是填補(bǔ)國內(nèi)、外現(xiàn)有技術(shù)的空白，而提出了利用圖像火焰探頭、圖像視頻分析來測量鍋爐、容器內(nèi)的火焰特征區(qū)域的長度、寬度、擴(kuò)散角等火焰特征區(qū)域的形狀參數(shù)的方法及裝置。
本發(fā)明的裝置技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種鍋爐、容器內(nèi)的火焰的形狀特征參數(shù)測量裝置，其特征在于，由圖像火焰探頭(10)、視頻圖像分析裝置(13)構(gòu)成；視頻圖像分析裝置(13)與圖像火焰探頭(10)分離設(shè)置或一體化設(shè)置，視頻圖像分析裝置(10)與圖像火焰探頭(1)分離設(shè)置時(shí)，視頻圖像分析裝置(13)與圖像火焰探頭(10)通過視頻信號線(12) 相連。視頻分析裝置(13)基于噴燃器(1)、圖像火焰探頭(10)內(nèi)部的攝像機(jī)(11)的光心 (4)的位置，依據(jù)攝像機(jī)(11)像面中的特征區(qū)域的邊界的像素的位置/角度，運(yùn)算、測量出火焰的特征區(qū)域的形狀特征參數(shù)的具體數(shù)值，根據(jù)運(yùn)算結(jié)果的數(shù)值輸出對應(yīng)大小的信號， 輸出/指示的火焰的特征參數(shù)的信號中有火焰的特征區(qū)域的形狀特征參數(shù)的具體數(shù)值的信號；輸出/指示的火焰的特征區(qū)域的形狀特征參數(shù)的具體數(shù)值的信號，至少有下列中的參數(shù)的一項(xiàng)或下列中的參數(shù)的組合/基準(zhǔn)變換后的參數(shù)的具體數(shù)值的信號未燃區(qū)前端邊界到噴燃器(1)出口平面的垂直長度信號，未燃區(qū)前端寬度即初燃區(qū)后端的寬度信號，未燃區(qū)的擴(kuò)散角信號；初燃區(qū)前端邊界到噴燃器(1)出口平面的垂直長度信號，初燃區(qū)前寬度即燃燒區(qū)后端的寬度信號，初燃區(qū)的擴(kuò)散角信號；燃燒區(qū)前端邊界到噴燃器(1)出口平面的垂直長度信號，燃燒區(qū)前寬度的信號，燃燒區(qū)的擴(kuò)散角信號。
本發(fā)明的方法技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種鍋爐、容器內(nèi)的火焰的特征區(qū)域的形狀參數(shù)的具體數(shù)值的測量方法，其特征在于，首先，將圖像火焰探頭安裝在鍋爐、容器壁上的噴燃器附近，圖像火焰探頭內(nèi)部的攝像機(jī)物鏡的光軸與噴燃器出口中心線或噴燃器噴出的理想火焰中心線不平行，有夾角，圖像火焰探頭內(nèi)部攝像機(jī)物鏡的光軸與噴燃器出口中心線或噴燃器噴出的理想火焰中心線在一個(gè)平面或異面；其次，圖像火焰探頭對鍋爐、容器內(nèi)部的火焰進(jìn)行采樣，獲取圖像視頻； 第三，把圖像火焰探頭攝取的視頻圖像信號，輸出到視頻圖像分析器；圖像火焰探頭攝取的火焰視頻圖像信號，可以為模擬信號，也可以為數(shù)字信號，通過視頻信號線)輸出到到視頻圖像分析器；第四，視頻圖像分析器基于噴燃器、圖像火焰探頭內(nèi)部的攝像機(jī)的光心的位置，依據(jù)攝像機(jī)像面中的火焰的特征區(qū)域的邊界的像素的位置/視角，建立關(guān)系、運(yùn)算測量出火焰的特征區(qū)域的形狀特征參數(shù)的具體數(shù)值，至少包括下列中的參數(shù)的一項(xiàng)或下列中的參數(shù)的組合/基準(zhǔn)變換后的參數(shù)的具體數(shù)值未燃區(qū)前端邊界到噴燃器出口平面的垂直長度，未燃區(qū)前端寬度即初燃區(qū)后端的寬度，未燃區(qū)的擴(kuò)散角；初燃區(qū)前端邊界到噴燃器出口平面的垂直長度，初燃區(qū)前寬度即燃燒區(qū)后端的寬度，初燃區(qū)的擴(kuò)散角；燃燒區(qū)前端邊界到噴燃器出口平面的垂直長度，燃燒區(qū)前寬度的，燃燒區(qū)的擴(kuò)散角。
本發(fā)明的有益效果鍋爐、容器的操作人員可以根據(jù)測量結(jié)果，調(diào)整進(jìn)入鍋爐等容器內(nèi)可燃物、助燃劑等各個(gè)相關(guān)量，也可由自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)對各個(gè)相關(guān)量進(jìn)行針對形的調(diào)節(jié)，尤其在火力發(fā)電廠煤質(zhì)較差、不穩(wěn)定情況下，優(yōu)勢更加顯著；實(shí)施本發(fā)明，在目前鍋爐燃燒工況較差情況下可以提高鍋爐安全性、可以降低飛灰含碳量5%、提供煤粉的利用率，可提高鍋爐燃燒效率5%，節(jié)能效果明顯，對一臺600MW機(jī)組一年可以節(jié)約6萬原煤。


附圖1為攝像機(jī)11物鏡的光軸與噴燃器1 (或噴燃器噴出的理想火焰)的中心線異面時(shí)的方法(a)的坐標(biāo)系，圖中1為噴燃器，2為反應(yīng)燃燒產(chǎn)生的火焰，3為攝像機(jī)上的像面，4為攝像機(jī)的光心『，5攝像機(jī)的光軸；附圖2為攝像機(jī)11物鏡的光軸與噴燃器1 (或噴燃器噴出的理想火焰)的中心線在一個(gè)平面相交時(shí)的坐標(biāo)系，圖中1為噴燃器，2為反應(yīng)燃燒產(chǎn)生的火焰，3為攝像機(jī)上的像面3，4為攝像機(jī)的光心『，5為攝像機(jī)物鏡的光軸；附圖3為攝像機(jī)11物鏡的光軸與噴燃器(或噴燃器噴出的理想火焰)的中心線異面時(shí)的方法(b)的坐標(biāo)系，圖中1為噴燃器，2為反應(yīng)燃燒產(chǎn)生的火焰，3為攝像機(jī)上的像面3，4為攝像機(jī)的光心『，5為攝像機(jī)的物鏡的光軸；附圖4為像面上任一像素點(diǎn)『對應(yīng)的角坐標(biāo)。圖中3為攝像機(jī)上的像面，4為攝像機(jī)的光心,，5為攝像機(jī)的物鏡的光軸；附圖5為火焰中心平面中各個(gè)特征區(qū)域及A側(cè)各個(gè)特征區(qū)域的邊界點(diǎn)，圖中2為火焰， 3為攝像機(jī)上的像面，4為攝像機(jī)的光心?！?，5為攝像機(jī)的物鏡的光軸，6為未燃區(qū)，7為初燃區(qū)，8為燃燒區(qū)；附圖6為在像平面中對應(yīng)的火焰各個(gè)特征區(qū)域，圖中3為攝像機(jī)上的像面3，4為攝像機(jī)的光心(f，5為攝像機(jī)的物鏡的光軸；附圖7為火焰中心平面中各個(gè)特征區(qū)域及B側(cè)各個(gè)特征區(qū)域的邊界點(diǎn).圖中3為攝像機(jī)上的像面，4為攝像機(jī)的光心[J”，5為攝像機(jī)的物鏡的光軸，6為未燃區(qū)，7為初燃區(qū)，8為燃燒區(qū)；附圖8為火焰中心平面中各個(gè)特征區(qū)域尺寸標(biāo)注圖，圖中3為攝像機(jī)上的像面，4為攝像機(jī)的光心『，5為攝像機(jī)的物鏡的光軸，6為未燃區(qū)，7為初燃區(qū)，8為燃燒區(qū)；附圖9為火焰中心平面中各個(gè)特征區(qū)域擴(kuò)散角標(biāo)注圖，圖中3為攝像機(jī)上的像面，4為攝像機(jī)的光心『，5為攝像機(jī)的物鏡的光軸，6為未燃區(qū)，7為初燃區(qū)，8為燃燒區(qū)；附圖10為立體的火焰及各個(gè)特征區(qū)域邊界圖，圖中3為攝像機(jī)上的像面，4為攝像機(jī)的光心(^，5為攝像機(jī)的物鏡的光軸，6為未燃區(qū)，7為初燃區(qū)，8為燃燒區(qū)；附圖11火焰外沿曲面任意點(diǎn)G的角坐標(biāo)圖，圖中3為攝像機(jī)上的像面，4為攝像機(jī)的光心。”，5為攝像機(jī)的物鏡的光軸，6為未燃區(qū)，7為初燃區(qū)，8為燃燒區(qū)；附圖12為利用本發(fā)明涉及的測量火焰的特征區(qū)域的形狀參數(shù)的具體數(shù)值的方法的一實(shí)施例1所涉及的概要構(gòu)成圖，圖中1為噴燃器，2為反應(yīng)燃燒產(chǎn)生的火焰，9為鍋爐壁， 10為圖像火焰探頭(單獨(dú))，11為攝像機(jī)，12為視頻信號線，13為圖像數(shù)字分析器，14為顯示器，15為冷卻介質(zhì)接口 ；附圖13利用本發(fā)明涉及的測量火焰的特征區(qū)域的形狀參數(shù)的具體數(shù)值的方法的一實(shí)施例2所涉及的概要構(gòu)成圖，圖中1為噴燃器，2為反應(yīng)燃燒產(chǎn)生的火焰，9為鍋爐壁，10 為圖像火焰探頭(與圖像數(shù)字分析器一體化)，11為攝像機(jī)，15為冷卻介質(zhì)接口，16為參數(shù)數(shù)值信號輸出線，17為控制裝置。
具體實(shí)施例方式下面根據(jù)附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，本發(fā)明基于噴燃器(1)、圖像火焰探頭(10)內(nèi)部的攝像機(jī)(11)的光心(4)在空間坐標(biāo)系中的位置及坐標(biāo)，依據(jù)攝像機(jī)(11)像面中的火焰特征區(qū)域的邊界的像素的在空間坐標(biāo)系中的位置及坐標(biāo)(角坐標(biāo))，建立關(guān)系、進(jìn)行運(yùn)算，求出火焰的特征區(qū)域的形狀參數(shù)的具體數(shù)值，有下列步驟1)根據(jù)噴燃器1、圖像火焰探頭內(nèi)的攝像機(jī)光心的位置、攝像機(jī)的物鏡的光軸的角度建立空間坐標(biāo)系。
圖像火焰探頭10內(nèi)部的攝像機(jī)11物鏡的光軸與噴燃器1 (或噴燃器噴出的理想火焰)的中心線異面時(shí)，建立空間坐標(biāo)系方法(a)如附圖1所示，經(jīng)過圖像攝像機(jī)光心(JP (4)點(diǎn)做一個(gè)垂直于噴燃器1 (或噴燃器噴出的理想火焰)的中心線的平面為X-Y面，噴燃器1的中心線與X-Y平面的交點(diǎn)為C點(diǎn)；攝像機(jī)11物鏡的光軸在X-Y面的的投影線為Y軸，過C點(diǎn)做一條垂直于Y軸的直線為X軸，交 Y軸于O點(diǎn)，過O點(diǎn)做一條垂直于X-Y面的直線為Z軸；建立空間坐標(biāo)系。根據(jù)現(xiàn)場噴燃器1及圖像火焰探頭10的位置、確定光心『(4)到坐標(biāo)系原點(diǎn)0的距離為S，X-Y平面到噴燃器1出口平面的距離為L，物鏡的光軸與Y-Z平面的夾角為Ψ ；圖像火焰探頭10內(nèi)部的攝像機(jī)11物鏡的光軸與噴燃器1 (或噴燃器噴出的理想火焰) 的中心線異面時(shí)，建立空間坐標(biāo)系方法(b)如附圖3所示，經(jīng)過圖像攝像機(jī)11光心『(4)點(diǎn)做一個(gè)垂直于噴燃器1的中心線的平面為X-Y面，噴燃器1 (或噴燃器噴出的理想火焰)的中心線與X-Y平面的交點(diǎn)為原點(diǎn)0 ；噴燃器1 (或噴燃器噴出的理想火焰)的中心線為Z軸，經(jīng)過原點(diǎn)0與攝像機(jī)光心『(4)做一條直線為Y軸，過0點(diǎn)做一條垂直于Y軸的直線為X軸；建立空間坐標(biāo)系。做物鏡的光軸在X-Y平面、Y-Z平面的投影線，根據(jù)現(xiàn)場噴燃器1及圖像火焰探頭10的位置、確定光心0”(4)到坐標(biāo)系原點(diǎn)0的距離為S，X-Y平面到噴燃器1出口平面的距離為L，確定物鏡的光軸在Y-Z平面上與投影與Y軸的夾角ψV- J'確定物鏡的光軸在X-Y平面上與Y軸夾
圖像火焰探頭10內(nèi)部的攝像機(jī)11物鏡的光軸與噴燃器1 (或噴燃器噴出的理想火焰) 的中心線在一個(gè)平面相交時(shí)。如附圖2所示，以安裝在鍋爐(容器)壁上的噴燃器1 (或噴燃器噴出的理想火焰)的中心線為Z軸，經(jīng)過圖像攝像機(jī)11光心『(4)點(diǎn)做一個(gè)垂直于噴燃器1 (或噴燃器噴出的理想火焰)的中心線的平面為X-Y面，噴燃器的中心線與X-Y平面的交點(diǎn)為原點(diǎn)0 ；經(jīng)過原點(diǎn)0和圖像攝像機(jī)11光心[)”(4)的線為Y軸，過0點(diǎn)做一條垂直于Y軸的直線為X軸；建立空間坐標(biāo)系。根據(jù)現(xiàn)場噴燃器1及圖像火焰探頭10的位置、確定光心(4)到坐標(biāo)系原點(diǎn)0的距離為S，X-Y平面到噴燃器1出口平面的距離為L，物鏡的光軸與X-Y平面的夾角為Ψ ；2)確定像面上各個(gè)像素的視向坐標(biāo)如附圖4所示，根據(jù)攝像機(jī)11的視場角、像面大小等特性，結(jié)合空間坐標(biāo)系中，圖像火焰探頭 ο安裝位置、物鏡的光軸方向確定像面上任一像素點(diǎn)^jp對應(yīng)的角坐標(biāo)過做Q線的延長線、交X-Z平面于E點(diǎn)，過E點(diǎn)做X軸、Z軸的垂線，交X軸于Ε^，交2于￡^7， 做F1點(diǎn)在X-Y平面的垂點(diǎn)Ε* Y'做*F ^點(diǎn)在Y-Z平面的垂點(diǎn)Ε, ζ ,點(diǎn)Ε* χ在直線f I上,麵f Ε，γ軸夾角為· r，點(diǎn)E' ζ 在直線ff E 上.直線if R7與γ軸夾角為CI ,像面上17 #在空間坐標(biāo)系中的角坐標(biāo)3)視頻圖像火焰分析器13對圖像進(jìn)行模式識別，確定火焰區(qū)域的邊界像素坐標(biāo)； 如附圖5所示，A1\A2\A3\A4, B1\B2\B3\B4分別為火焰各個(gè)特征區(qū)域中心平面的邊界點(diǎn)，由A1\A2\B1\B2點(diǎn)構(gòu)成的區(qū)域?yàn)槲慈紖^(qū)，由A2\A3\B2\B3點(diǎn)構(gòu)成的區(qū)域?yàn)槌跞紖^(qū)，由 A3\A4\B3\B4構(gòu)成的區(qū)域?yàn)槿紵齾^(qū)；如附圖6所示，A1\A2\A3\A4，B1\B2\B3\B4在像平面中的對應(yīng)點(diǎn)分別為 λ點(diǎn)為起點(diǎn)的射線，確定像平面中i 標(biāo)在X-Y-Z立體坐標(biāo)系中，以 Hi象素在空間坐標(biāo)系中的角坐同理，根據(jù)X-Y-Z立體坐標(biāo)系中，以點(diǎn)為起點(diǎn)的射線，確定像平面中像素在空間坐標(biāo)系中的角坐標(biāo)IX) Λ υ my u E3 ^ , OiI . K uUy uM/4)分析計(jì)算測量火焰各個(gè)特征區(qū)域的形狀參數(shù)的具體數(shù)值；方法1 在圖像火焰探頭10距火焰比較遠(yuǎn)時(shí)，或測量結(jié)果要求不太精確時(shí)，可以近似認(rèn)為圖像火焰探頭10拍攝到的火焰中心線兩側(cè)的邊界為火焰中心面邊界，火焰區(qū)域邊界的可以用如下算法計(jì)算測量，以火焰中心線與坐標(biāo)系Z軸重合、X-Y平面與噴燃器1出口平面重合情況為例說明；如附圖5、附圖6、附圖7、附圖8所示，未燃區(qū)前端A側(cè)邊界到X-Y平面的垂直長度= 未燃區(qū)A側(cè)前端邊界到噴燃器出口平面的垂直長度= 未燃區(qū)前端B側(cè)邊界到X-Y平面的垂直長度， 未燃區(qū)前端B側(cè)前端邊界到噴燃器出口平面的垂直長度未燃區(qū)前端A側(cè)的寬度也是初燃區(qū)A側(cè)后端的寬度’未燃區(qū)前端B側(cè)的寬度也是初燃區(qū)B側(cè)后端的寬度' 如附圖9所示，未燃區(qū)A側(cè)擴(kuò)散角為未燃區(qū)B側(cè)擴(kuò)散角為如附圖5、附圖6、附圖7、附圖8所示，初燃區(qū)前端A側(cè)邊界到X-Y平面的垂直長度，‘初燃區(qū)前端A側(cè)邊界到噴燃器出口平面的垂直長度二初燃區(qū)前端B側(cè)邊界到X-Y平面的垂直長度，·3= 初燃區(qū)前端B側(cè)邊界到噴燃器出口平面的垂直長度:初燃區(qū)前端A側(cè)的寬度也是燃燒區(qū)A側(cè)后端的寬度初燃區(qū)前端B側(cè)的寬度也是燃燒區(qū)B側(cè)后端的寬度如附圖9所示，初燃區(qū)A側(cè)擴(kuò)散角為燃燒區(qū)前端A側(cè)邊界到X-Y平面的垂直長度,燃燒區(qū)前端A側(cè)邊界到噴燃器出口平面的垂直長度燃燒區(qū)前端B側(cè)邊界到X-Y平面的垂直長度， 燃燒區(qū)前端B側(cè)邊界到噴燃器出口平面的垂直長度: 燃燒區(qū)前端A側(cè)的寬度燃燒區(qū)前端B側(cè)的寬度如附圖9所示， 燃燒區(qū)A側(cè)擴(kuò)散角為β燃燒區(qū)B側(cè)擴(kuò)散角為=arc tan [ (tan"B4~ tanBB3)/ ( tan^m 一 ta#B3〉],方法2 :圖像火焰探頭10與火焰比較近，或要求測量火焰外沿曲面的火焰探頭10側(cè)的各個(gè)區(qū)域的分界線坐標(biāo)時(shí)，如附圖10所示以攝像機(jī)11物鏡的光軸與火焰中心線相交、以火焰中心線與坐標(biāo)系Z軸重合、X-Y平面與噴燃器1出口平面重合情況為例說明火焰區(qū)域邊界的計(jì)算方法·，實(shí)際上攝像機(jī)11看到的是一個(gè)立體的火焰，只能看到火焰的外沿的火焰探頭側(cè)的各個(gè)特征區(qū)域的邊界的切點(diǎn)，不能準(zhǔn)確地看到火焰中心平面，由火焰外沿邊界的切點(diǎn)在像平面中像素的角坐標(biāo)，可算出切點(diǎn)的空間坐標(biāo)； 未燃區(qū)前端左側(cè)外部邊界點(diǎn)F2的坐標(biāo)，切點(diǎn)處的半e:切點(diǎn)F2的X向坐標(biāo)F2的Y向的坐標(biāo) F2的Z向的坐標(biāo)未燃區(qū)F側(cè)前端邊界到噴燃器出口平面的長度未燃區(qū)F側(cè)前端實(shí)際的寬度=切點(diǎn)處的半徑未燃區(qū)F側(cè)(單側(cè))的擴(kuò)散角::are1其中_1為K1點(diǎn)的半徑。
初燃區(qū)前端F側(cè)外部邊界點(diǎn)F3的坐標(biāo)， 切點(diǎn)處的半徑二切點(diǎn)F3的X向坐標(biāo)F3的Y向的坐標(biāo) F3的Z向的坐標(biāo)初燃區(qū)F側(cè)前端邊界到噴燃器出口平面的長度t
初燃區(qū)F側(cè)前端的寬度= 初燃區(qū)F側(cè)(單側(cè))的擴(kuò)散角·[an1COS vF2； J燃燒區(qū)前端左側(cè)外部邊界點(diǎn)F4的坐標(biāo)， 切點(diǎn)處的半徑一切點(diǎn)F4的X向坐標(biāo)F4的Y向的坐標(biāo)F4的Z向的坐標(biāo)燃燒區(qū)F側(cè)前端邊界到噴燃器出口平面的長度燃燒區(qū)F側(cè)前端的寬度=切點(diǎn)處的半徑·燃燒區(qū)F側(cè)(單側(cè))的擴(kuò)散角_火焰圖像中的任意點(diǎn)空間坐標(biāo)的求法；如附圖11所示，根據(jù)火焰實(shí)際狀況，各個(gè)區(qū)域的外沿曲面可以也可近似看作規(guī)則的曲 圓錐曲面、旋轉(zhuǎn)雙曲面，等其它規(guī)則曲面；以圓錐曲面方程為例(1)把以上求出的火焰兩側(cè)邊界點(diǎn)前、后端兩點(diǎn)的坐標(biāo)，求出a、b的數(shù)值； 下面以初燃區(qū)前后端的兩點(diǎn)坐標(biāo)帶入曲面方程式(1)求出未燃區(qū)的曲面方程； 初燃區(qū)左側(cè)邊界前端坐標(biāo)Si tanQf^cos "fsJ初燃區(qū)左側(cè)邊界后端坐標(biāo)(S 5⑩r, S* taflj代入方程(ι)求出
ClcijS^f3* COS "F3*"JS "F2J求出火焰區(qū)域外沿的曲面方程后，可以用兩種方法確定曲面上的任意點(diǎn)的坐標(biāo)，方法 I，可以根據(jù)像面內(nèi)火焰外沿曲面上任意點(diǎn)的角坐標(biāo)，結(jié)合近似的曲面方程可以計(jì)算出火焰外沿曲面上火焰探頭側(cè)的任意點(diǎn)空間坐標(biāo)，進(jìn)而確定火焰外沿曲面上火焰探頭側(cè)的任意點(diǎn)到X-Y平面的長度、單側(cè)火焰半徑(單側(cè)寬度)。G為火焰初燃區(qū)外沿曲面的火焰探頭側(cè)上的任意點(diǎn)，G點(diǎn)位于圖像火焰探頭側(cè)，可以列出如下方程式；
取火焰外沿曲面上的圖像火焰探頭10側(cè)的點(diǎn)的值； 火焰初燃區(qū)外沿曲面上的任意點(diǎn)G到X-Y平面的長度為?；鹧娉跞紖^(qū)外沿曲面上的任意點(diǎn)G的單側(cè)火焰半徑(單側(cè)寬度)為i方法II，可以計(jì)算出火焰的，圖像火焰探頭10側(cè)的外沿曲面內(nèi)上各個(gè)點(diǎn)在像面中對應(yīng)的在空間坐標(biāo)系上的視角坐標(biāo)，并建立對應(yīng)表；根據(jù)像面火焰特征區(qū)域前后端各點(diǎn)的視角坐標(biāo)，查表找出對應(yīng)的空間坐標(biāo)，確定火焰的，圖像火焰探頭10側(cè)的外沿曲面上的任意點(diǎn)到X-Y平面的垂直長度、火焰半徑(單側(cè)寬度)；可以在火焰的，圖像火焰探頭10側(cè)的外沿曲面內(nèi)上、邊界線以內(nèi)，選取任意點(diǎn)H，選取H點(diǎn)的'向坐標(biāo)，根據(jù)曲線方程(1)計(jì)算出10H點(diǎn)對應(yīng)的像面視角坐標(biāo)(Ua Qh 同理可以計(jì)算出火焰的火焰探頭側(cè)的外沿曲面內(nèi)上各個(gè)點(diǎn)對應(yīng)的在空間坐標(biāo)系上的視角坐標(biāo)，并建立對應(yīng)表；根據(jù)像面火焰特征區(qū)域前后端各點(diǎn)的視角坐標(biāo)，查表找出對應(yīng)的空間坐標(biāo)，由Iu確定火焰外沿曲面上的特征區(qū)域的H到X-Y平面的垂直長度。由^ 度)?！_定H點(diǎn)的火焰半徑(單側(cè)寬
具體實(shí)施例方案1，如附圖12所示，視向角為0 90度的圖像火焰探頭10、安裝在噴燃器1附近的鍋爐壁9上，圖像火焰探頭10物鏡的光軸與噴燃器1中心線的夾角不等于0度，且不等于90度，冷卻介質(zhì)接口 15連接冷卻介質(zhì)對探頭進(jìn)行冷卻。模擬或數(shù)值視頻信號線12把圖像信號傳至視頻圖像分析裝置13上，視頻圖像分析裝置13通過視頻圖像分析、設(shè)定坐標(biāo)，運(yùn)算、測量出火焰特征區(qū)域的形狀參數(shù)的具體數(shù)值，顯示器14顯示出視頻圖像分析器10的分析結(jié)果和其它有關(guān)信息。顯示器14和視頻圖像分析裝置13也可設(shè)置成一體。
具體實(shí)施例方案2，如附圖13所示，視向角為0 90度的圖像火焰探頭及分析器一體化測量探頭16安裝在噴燃器附近的鍋爐容器壁9上，圖像火焰探頭10物鏡的光軸與噴燃器1的中心線(或噴燃器噴出的理想火焰)的夾角不等于0度，且不等于90度，一體化測量探頭16運(yùn)算、測量出的火焰各個(gè)特征區(qū)域的長度、寬度、火焰擴(kuò)散角等火焰形狀參數(shù)信號，通過參數(shù)數(shù)值信號輸出線16，把信號傳至控制設(shè)備17上，通過控制設(shè)備17，手動或自動調(diào)節(jié)燃燒反應(yīng)的相關(guān)條件。
本發(fā)明也可用于容器內(nèi)部化學(xué)反應(yīng)形狀的測量。
權(quán)利要求
1.一種鍋爐、容器內(nèi)的火焰的形狀特征參數(shù)測量方法，其特征在于，首先，將圖像火焰探頭(10)安裝在鍋爐、容器壁(9)上的噴燃器(1)附近，圖像火焰探頭(10)內(nèi)部的攝像機(jī)(11)物鏡的光軸與噴燃器(1)出口中心線或噴燃器(1)噴出的理想火焰中心線不平行，有夾角，圖像火焰探頭(10)內(nèi)部攝像機(jī)(11)物鏡的光軸與噴燃器(1) 出口中心線或噴燃器(1)噴出的理想火焰中心線在一個(gè)平面或異面；其次，圖像火焰探頭(10)對鍋爐、容器內(nèi)部的火焰進(jìn)行采樣，獲取圖像視頻； 第三，把圖像火焰探頭(10)攝取的視頻圖像信號，輸出到視頻圖像分析器(13)；圖像火焰探(10)頭攝取的火焰視頻圖像信號，可以為模擬信號，也可以為數(shù)字信號，通過視頻信號線(12)輸出到到視頻圖像分析器(13)；第四，視頻圖像分析器(13)基于噴燃器(1)、圖像火焰探頭(10)內(nèi)部的攝像機(jī)(11)的光心(4)的位置，依據(jù)攝像機(jī)(11)像面中的火焰的特征區(qū)域的邊界的像素的位置/視角，建立關(guān)系、運(yùn)算測量出火焰的特征區(qū)域的形狀特征參數(shù)的具體數(shù)值，其具體數(shù)值至少包括下列中的參數(shù)的一項(xiàng)或下列中的參數(shù)的組合/基準(zhǔn)變換后的參數(shù)的具體數(shù)值未燃區(qū)前端邊界到噴燃器(1)出口平面的垂直長度，未燃區(qū)前端寬度即初燃區(qū)后端的寬度，未燃區(qū)的擴(kuò)散角；初燃區(qū)前端邊界到噴燃器(1)出口平面的垂直長度，初燃區(qū)前寬度即燃燒區(qū)后端的寬度，初燃區(qū)的擴(kuò)散角；燃燒區(qū)前端邊界到噴燃器(1)出口平面的垂直長度，燃燒區(qū)前寬度的，燃燒區(qū)的擴(kuò)散角。
2.如權(quán)利要求1所述的一種鍋爐、容器內(nèi)的火焰的形狀特征參數(shù)測量方法，其特征在于，基于噴燃器(1)、圖像火焰探頭(10)內(nèi)部的攝像機(jī)(11)的光心(4)在空間坐標(biāo)系中的位置及坐標(biāo)，依據(jù)攝像機(jī)(11)像面中的火焰特征區(qū)域的邊界的像素的在空間坐標(biāo)系中的位置及坐標(biāo)(角坐標(biāo))，建立關(guān)系、進(jìn)行運(yùn)算測量火焰的特征區(qū)域的形狀參數(shù)的具體數(shù)值。
3.如權(quán)利要求2所述的一種鍋爐、容器內(nèi)的火焰的形狀特征參數(shù)測量方法， 其特征在于，首先，對圖像進(jìn)行模式識別，確定攝像機(jī)像面中的火焰兩側(cè)外沿的特征區(qū)域的邊界的點(diǎn)的像素在空間坐標(biāo)系中的角坐標(biāo)，以X-Y平面與噴燃器(1)出口平面重合為例，確定火焰區(qū)域的邊界像素在空間坐標(biāo)系中的角坐標(biāo)A1\A2\ A3\A4, B1\B2\B3\B4分別為火焰各個(gè)特征區(qū)域的邊界點(diǎn)，由A1\A2\B1\B2點(diǎn)構(gòu)成的區(qū)域?yàn)槲慈紖^(qū)，由A2\A3\B2\B3點(diǎn)構(gòu)成的區(qū)域?yàn)槌跞紖^(qū)，由A3\A4\B3\B4構(gòu)成的區(qū)域?yàn)槿紵齾^(qū)A1\A2\A3\A4，B1\B2\B3\B4在像平面中的對應(yīng)點(diǎn)分別為ΑΓ \ΑΤ ψ \A4 ,Bl7 W冒W;在陽立體坐標(biāo)系中，確定像平IiiNiAl' \Α2' \Α3'象素在空間坐標(biāo)系中的角坐標(biāo)縫、(lMf 0 )(θ^ O J,A3' :( Bb’ Qia )，A4J : (βa4, aM)；其次再結(jié)合噴燃器(1)、圖像火焰探頭(10)內(nèi)部的攝像機(jī)(11)的光心(4)的在空間坐標(biāo)系中的位置及坐標(biāo)，運(yùn)算、測量火焰各個(gè)特征區(qū)域的形狀參數(shù)的具體數(shù)值；方法1 在圖像火焰探頭(10)距火焰比較遠(yuǎn)時(shí)，或測量結(jié)果要求不太精確時(shí)，可以近似認(rèn)為圖像火焰探頭(10)拍攝到的火焰兩側(cè)的邊界為火焰中心面邊界，火焰區(qū)域邊界的可以用如下測量，以火焰中心線與坐標(biāo)系Z軸重合、X-Y平面與噴燃器(1)出ロ平面重合情況為 例未燃區(qū)前端A側(cè)邊界到X-Y平面的垂直長度j”=,MttfeiM未燃區(qū)A側(cè)前端邊界到噴燃器(1)出口平面的垂直長度|2 未燃區(qū)前端α側(cè)的寬度也是初燃區(qū)Α側(cè)后端的寬度未燃區(qū)A側(cè)擴(kuò)散角為ρ虹-2二霞輪 初燃區(qū)前端A側(cè)邊界到X-Y平面的垂直長度，7於=〒 初燃區(qū)前端A側(cè)邊界到噴燃器(ι)出口平面的垂直長度 初燃區(qū)前端A側(cè)的寬度也是燃燒區(qū)A側(cè)后端的寬度Ι〗^初燃區(qū)著散角為
4. 一種鍋爐、容器內(nèi)的火焰的形狀特征參數(shù)測量裝置，其特征在于由圖像火焰探頭 (10)、視頻圖像分析裝置(13)構(gòu)成；視頻圖像分析裝置(13)與圖像火焰探頭(10)分離設(shè)置或一體化設(shè)置，視頻圖像分析裝置(10)與圖像火焰探頭(1)分離設(shè)置時(shí)，視頻圖像分析裝置(13)與圖像火焰探頭(10)通過視頻信號線(12)相連，視頻分析裝置(13)基于噴燃器 (1)、圖像火焰探頭(10)內(nèi)部的攝像機(jī)(11)的光心(4)的位置，依據(jù)攝像機(jī)(11)像面中的特征區(qū)域的邊界的像素的位置/角度，運(yùn)算測量出火焰的特征區(qū)域的形狀特征參數(shù)的具體數(shù)值，根據(jù)運(yùn)算測量結(jié)果的數(shù)值輸出對應(yīng)大小的信號，輸出/指示的火焰的特征參數(shù)的信號中有火焰的特征區(qū)域的形狀特征參數(shù)的具體數(shù)值的信號。
5.如權(quán)利要求4所述的一種鍋爐、容器內(nèi)的火焰的形狀特征參數(shù)測量裝置，其特征在于，輸出/指示的火焰的特征區(qū)域的形狀特征參數(shù)的具體數(shù)值的信號，至少有下列中的參數(shù)的一項(xiàng)或下列中的參數(shù)的組合/基準(zhǔn)變換后的參數(shù)的具體數(shù)值的信號未燃區(qū)前端邊界到噴燃器(1)出口平面的垂直長度信號，未燃區(qū)前端寬度即初燃區(qū)后端的寬度信號，未燃區(qū)的擴(kuò)散角信號；初燃區(qū)前端邊界到噴燃器(1)出口平面的垂直長度信號，初燃區(qū)前寬度即燃燒區(qū)后端的寬度信號，初燃區(qū)的擴(kuò)散角信號；燃燒區(qū)前端邊界到噴燃器(1)出口平面的垂直長度信號，燃燒區(qū)前寬度的信號，燃燒區(qū)的擴(kuò)散角信號。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種鍋爐、容器內(nèi)的火焰的形狀特征參數(shù)具體數(shù)值的測量方法及裝置。本發(fā)明的目的是填補(bǔ)國內(nèi)、外現(xiàn)有技術(shù)的空白，而利用圖像火焰探頭、圖像視頻分析來測量鍋爐、容器內(nèi)的火焰區(qū)域的長度、寬度、擴(kuò)散角等火焰形狀特征參數(shù)的方法及裝置。本發(fā)明實(shí)施后，鍋爐、容器的操作人員可以根據(jù)測量結(jié)果，調(diào)整進(jìn)入鍋爐等容器內(nèi)可燃物、助燃劑等各個(gè)相關(guān)量，也可由自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)對各個(gè)相關(guān)量進(jìn)行針對形的調(diào)節(jié)，尤其在火力發(fā)電廠煤質(zhì)較差、不穩(wěn)定情況下，優(yōu)勢更加顯著；實(shí)施本發(fā)明，在目前鍋爐燃燒工況較差情況下可以提高鍋爐安全性、可以降低飛灰含碳量5%、提供煤粉的利用率，可提高鍋爐燃燒效率5%，節(jié)能效果明顯，對一臺600MW機(jī)組一年可以節(jié)約6萬原煤。
文檔編號G01B11/26GK102494630SQ20111034467
公開日2012年6月13日 申請日期2011年11月4日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月29日
發(fā)明者劉建松 申請人:劉建松