重建爐膛內(nèi)火焰三維結(jié)構(gòu)的采集裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種重建爐膛內(nèi)火焰三維結(jié)構(gòu)的采集裝置，其包括內(nèi)窺鏡系統(tǒng)、光場(chǎng)相機(jī)和控制處理系統(tǒng)；該內(nèi)窺鏡系統(tǒng)用于將該爐膛內(nèi)的待測(cè)火焰圖像引出至爐膛外；光場(chǎng)相機(jī)用于接收傳像光路上的光像；控制處理系統(tǒng)用于將收到的電信號(hào)轉(zhuǎn)換為二維光場(chǎng)數(shù)據(jù)，并得到三維光亮度分布。本實(shí)用新型內(nèi)窺鏡系統(tǒng)冷卻效率高，可以在高溫、單視角條件下采集和顯示待測(cè)火焰的三維結(jié)構(gòu)。
【專利說(shuō)明】重建爐膛內(nèi)火焰三維結(jié)構(gòu)的采集裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及光場(chǎng)成像【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種重建爐膛內(nèi)火焰三維結(jié)構(gòu)的采 集裝置。

【背景技術(shù)】
[0002] Lippmann 于 1908 年提出集成照相（Integral Photography, IP)的概念，通過(guò)微 鏡頭陣列代替Ives于1903年開(kāi)發(fā)的針孔陣列，在成像面上形成一系列具有微小差別的微 圖像，記錄原像面處的光輻射的角度信息，該技術(shù)亦被用于三維全息成像。在此基礎(chǔ)上， Gershun于1936年提出了光場(chǎng)（Light Field)的概念，將光輻射在空間各個(gè)位置向各個(gè)方 向的傳播定義為光場(chǎng)，光輻射包含二維位置信息和二維方向信息并在光場(chǎng)中傳遞，到達(dá)空 間不同點(diǎn)處的光輻射量連續(xù)變化并能夠通過(guò)計(jì)算獲得像面上每點(diǎn)的光輻射量。
[0003] 近一個(gè)多世紀(jì)以來(lái)，諸多學(xué)者不斷完善和發(fā)展光場(chǎng)的理論研究與實(shí)際應(yīng)用， Okoshi、Dudnikov、Dudley和Montebello等對(duì)集成照相技術(shù)不斷改進(jìn)，微鏡頭陣列的光 場(chǎng)相機(jī)形式也逐漸成熟。1991年Adelson等首次提出全光場(chǎng)相機(jī)（Plenopticcamera) 的概念。Levoy等將光場(chǎng)理論進(jìn)一步完善，于1996年提出光場(chǎng)渲染理論（Light Field Rendering，LFR)，建立了成像公式，并將其應(yīng)用于顯微成像領(lǐng)域，于2006年開(kāi)發(fā)了光場(chǎng)顯 微鏡（Light Field Microscopy, LFM)?；贚evoy建立的成像公式，2005年Ng等實(shí)用新型 了第一臺(tái)手持光場(chǎng)相機(jī)，后于2006年成立Lytro公司并將該實(shí)用新型正式商業(yè)化，自2011 年起生產(chǎn)民用消費(fèi)級(jí)的Lytro光場(chǎng)相機(jī)。Georgiev等于2006年提出了提高光場(chǎng)相機(jī)空 間分辨率的方法，F(xiàn)ife等于2008年開(kāi)發(fā)了光場(chǎng)感光芯片，而最早的商業(yè)化光場(chǎng)相機(jī)則由 Wietzke和Perwass創(chuàng)立的Raytrix公司開(kāi)發(fā)并于2010年生產(chǎn)銷售。光場(chǎng)相機(jī)從理論提出 至正式商業(yè)產(chǎn)品的出現(xiàn)共間隔100余年，導(dǎo)致這一現(xiàn)象的原因是光場(chǎng)相機(jī)內(nèi)高品質(zhì)微鏡頭 陣列、高分辨率感光器件以及高運(yùn)算能力的個(gè)人計(jì)算機(jī)直至近年才問(wèn)世，另一重要基礎(chǔ)是 提高光場(chǎng)相機(jī)分辨率的成像理論及算法的提出，這些客觀條件的具備使生產(chǎn)符合成本效益 的光場(chǎng)相機(jī)成為可能。
[0004] 針對(duì)工業(yè)爐膛內(nèi)火焰的可視化技術(shù)經(jīng)過(guò)多年發(fā)展，已具備檢測(cè)爐內(nèi)火焰結(jié)構(gòu)、溫 度場(chǎng)等特性的功能，但不能實(shí)現(xiàn)爐膛內(nèi)火焰三維結(jié)構(gòu)的重建，尤其在高溫以及爐膛開(kāi)孔或 單視角條件下的爐膛內(nèi)火焰三維結(jié)構(gòu)的重建。 實(shí)用新型內(nèi)容
[0005] 本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問(wèn)題是為了克服現(xiàn)有技術(shù)中傳統(tǒng)的采集裝置不能實(shí)現(xiàn) 在高溫以及爐膛開(kāi)孔或單視角條件下的爐膛內(nèi)火焰三維結(jié)構(gòu)的重建的缺陷，提供一種重建 爐膛內(nèi)火焰三維結(jié)構(gòu)的采集裝置，該采集裝置及方法能夠在高溫、單視角條件下重建火焰 三維結(jié)構(gòu)。
[0006] 本實(shí)用新型是通過(guò)下述技術(shù)方案來(lái)解決上述技術(shù)問(wèn)題：
[0007] -種重建爐膛內(nèi)火焰三維結(jié)構(gòu)的采集裝置，其特點(diǎn)在于，其包括內(nèi)窺鏡系統(tǒng)、光場(chǎng) 相機(jī)和控制處理系統(tǒng)；
[0008] 該內(nèi)窺鏡系統(tǒng)用于將該爐膛內(nèi)的待測(cè)火焰圖像通過(guò)石英鏡頭和傳像光路引出至 爐膛外并與該光場(chǎng)相機(jī)相匹配，其包括一水冷夾套、一固定有該石英鏡頭的傳像部件和一 固定于該光場(chǎng)相機(jī)與該水冷夾套的端部之間的連接部件，該水冷夾套包括一內(nèi)層和一外 層，該內(nèi)層內(nèi)形成有一內(nèi)腔，該內(nèi)層與外層之間形成有一外腔；
[0009] 該傳像部件固定于該連接部件上且位于該內(nèi)腔內(nèi)，該傳像光路位于傳像部件內(nèi)且 與該傳像部件同軸設(shè)置，該傳像光路位于該石英鏡頭與該光場(chǎng)相機(jī)之間，該傳像部件與該 內(nèi)層之間形成有一用于通入惰性氣體吹掃該石英鏡頭的氣流通道，該外腔內(nèi)用于通入冷卻 水冷卻該傳像光路和石英鏡頭；
[0010] 該光場(chǎng)相機(jī)用于接收該傳像光路上的光像形成待測(cè)火焰不同成像路徑的微像并 轉(zhuǎn)化為電信號(hào)傳輸至該控制處理系統(tǒng)中；
[0011] 該控制處理系統(tǒng)用于將收到的電信號(hào)轉(zhuǎn)換為二維光場(chǎng)數(shù)據(jù)，并對(duì)不同成像路徑的 微像進(jìn)行數(shù)字重聚焦，得到三維光亮度分布。
[0012] 在本方案中，該內(nèi)窺鏡系統(tǒng)能夠深入高溫、多顆粒的燃燒爐或氣化爐內(nèi)工作，通過(guò) 水冷夾套以通入冷卻水的方式可以長(zhǎng)期抵抗最高溫度為2000°c的高溫，其用水少、冷卻效 率高、內(nèi)窺鏡系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)緊湊。同時(shí)通過(guò)傳像部件與該內(nèi)層之間形成的氣流通道，在該氣 流通道內(nèi)通入惰性氣體吹掃石英鏡頭，長(zhǎng)期抵抗?fàn)t膛內(nèi)高溫顆粒對(duì)前端耐高溫的石英鏡頭 的污染。此外，爐膛內(nèi)待測(cè)火焰通過(guò)傳像光路進(jìn)行成像并投影至光場(chǎng)相機(jī)內(nèi)，可以在同一時(shí) 間采集并顯示待測(cè)火焰二維原始圖像及三維結(jié)構(gòu)圖像，實(shí)現(xiàn)待測(cè)火焰的二維、三維實(shí)時(shí)可 視化檢測(cè)，且該采集裝置內(nèi)部無(wú)運(yùn)動(dòng)部件，結(jié)構(gòu)很穩(wěn)固。
[0013] 較佳地，該外腔通過(guò)一連接管形成一用于通入冷卻水的第一冷卻通道和第二冷卻 通道，該連接管靠近該光場(chǎng)相機(jī)的一端固定與該連接部件上，該第一冷卻通道遠(yuǎn)離該光場(chǎng) 相機(jī)的一端與該第二冷卻通道相通，該內(nèi)層的外壁與該連接管的內(nèi)壁之間以及該連接管的 外壁與該外層的內(nèi)壁之間分別設(shè)有一第一螺旋部件和一第二螺旋部件，該第一螺旋部件繞 該內(nèi)層軸線的旋轉(zhuǎn)方向與該第二螺旋部件繞該連接管軸線的旋轉(zhuǎn)方向相反。
[0014] 在本方案中，通過(guò)第一螺旋部件、第二螺旋部件、第一冷卻通道和第二冷卻通道組 成的高效旋流冷卻系統(tǒng)以通入冷卻水的方式長(zhǎng)期抵抗最高2000°C的高溫，其具有用水少、 冷卻效率高、內(nèi)窺鏡整體結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點(diǎn)。
[0015] 較佳地，該內(nèi)層靠近該光場(chǎng)相機(jī)的一端部設(shè)有一與氣流通道相連通的氣體進(jìn)口。
[0016] 較佳地，該外層靠近該光場(chǎng)相機(jī)的一端部設(shè)有一與第一冷卻通道相連通的冷卻水 進(jìn)口，該連接管靠近該光場(chǎng)相機(jī)的一端部設(shè)有一與第二冷卻通道相連通的冷卻水出口。
[0017] 較佳地，該外層的外壁上套設(shè)有一第一法蘭，該水冷夾套通過(guò)該法蘭固定于爐膛 內(nèi)。
[0018] 在本方案中，采用上述結(jié)構(gòu)形式，可以使內(nèi)窺鏡系統(tǒng)牢固的固定在燃燒爐或氣化 爐上，并且能使該采集裝置在在單視角條件下重建爐膛內(nèi)的火焰三維結(jié)構(gòu)。
[0019] 較佳地，該連接部件沿該水冷夾套的軸線方向從左至右依次包括一與該光場(chǎng)相機(jī) 相匹配的光像轉(zhuǎn)接部件、一彈性部件和兩個(gè)相互固定連接的第二法蘭，其中，位于右端的第 二法蘭固定于該水冷夾套的端面上，且兩個(gè)該第二法蘭之間通過(guò)一密封圈密封連接。
[0020] 較佳地，該光場(chǎng)相機(jī)沿該水冷夾套的軸線方向從左至右依次包括相機(jī)電路接口、 感光芯片、微透鏡陣列和焦距調(diào)節(jié)部件，微透鏡陣列位于該傳像光路的像面上，該感光芯片 位于微透鏡陣列的后焦面上，該相機(jī)電路接口通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸線路與控制處理系統(tǒng)相連接。
[0021] 較佳地，該控制處理系統(tǒng)包括用于將爐膛內(nèi)的待測(cè)火焰圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行處理的圖形 工作站、用于顯示待測(cè)火焰原始圖像的二維圖像顯示系統(tǒng)和用于顯示將處理后的待測(cè)火焰 圖像數(shù)據(jù)經(jīng)算法計(jì)算并處理后得到待測(cè)火焰三維結(jié)構(gòu)的三維圖像顯示系統(tǒng)。
[0022] 在符合本領(lǐng)域常識(shí)的基礎(chǔ)上，上述各優(yōu)選條件，可任意組合，即得本實(shí)用新型各較 佳實(shí)例。
[0023] 本實(shí)用新型的積極進(jìn)步效果在于：
[0024] 本實(shí)用新型內(nèi)窺鏡系統(tǒng)冷卻效率高，可以在高溫、單視角條件下采集和顯示待測(cè) 火焰的三維結(jié)構(gòu)，并且可以在同一時(shí)間采集并顯示待測(cè)火焰二維原始圖像及三維結(jié)構(gòu)圖 像，實(shí)現(xiàn)了待測(cè)火焰的二維、三維實(shí)時(shí)可視化檢測(cè)。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0025] 圖1為本實(shí)用新型較佳實(shí)施例的采集裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026] 圖2為圖1中內(nèi)窺鏡系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0027] 附圖標(biāo)記說(shuō)明：
[0028] 控制處理系統(tǒng)：1
[0029] 二維圖像顯示系統(tǒng)：11三維圖像顯示系統(tǒng)：12圖形工作站：13
[0030] 光場(chǎng)相機(jī)：2
[0031] 相機(jī)電路接口 ：21 感光芯片：22 微透鏡陣列：23
[0032] 焦距調(diào)節(jié)部件：24
[0033] 內(nèi)窺鏡系統(tǒng)：3
[0034] 水冷夾套：31 內(nèi)層：311 內(nèi)腔：312
[0035] 外層：313 連接管：314 第一螺旋部件：315
[0036] 第二螺旋部件：316 第一冷卻通道：317 第二冷卻通道：318
[0037] 傳像部件：32 石英鏡頭：33 傳像光路：34
[0038] 連接部件：35 光像轉(zhuǎn)接部件：351 彈性部件：352
[0039] 第二法蘭：353 氣體進(jìn)口 ：36 冷卻水進(jìn)口 ：37
[0040] 冷卻水出口 ：38 第一法蘭：39
[0041] 待測(cè)火焰：4

【具體實(shí)施方式】
[0042] 下面舉個(gè)較佳實(shí)施例，并結(jié)合附圖來(lái)更清楚完整地說(shuō)明本實(shí)用新型。
[0043] 如圖1所示，本實(shí)用新型重建爐膛內(nèi)火焰三維結(jié)構(gòu)的采集裝置包括內(nèi)窺鏡系統(tǒng)3、 光場(chǎng)相機(jī)2和控制處理系統(tǒng)1。
[0044] 其中，內(nèi)窺鏡系統(tǒng)3用于將爐膛內(nèi)的待測(cè)火焰4圖像通過(guò)石英鏡頭33和傳像光路 34引出至爐膛外并與光場(chǎng)相機(jī)2相匹配。請(qǐng)根據(jù)圖1-2予以理解，該內(nèi)窺鏡系統(tǒng)3包括水 冷夾套31、傳像部件32和連接部件35,石英鏡頭33固定在傳像部件32靠近爐膛內(nèi)的一端， 同時(shí)，連接部件35固定在光場(chǎng)相機(jī)2與水冷夾套31的端部之間。
[0045] 另外，水冷夾套31包括內(nèi)層311和外層313,內(nèi)層311內(nèi)形成有內(nèi)腔312,內(nèi)層311 與外層313之間形成有外腔。傳像部件32固定在連接部件35上且位于內(nèi)腔312內(nèi)，傳像 光路34位于傳像部件32內(nèi)且與該傳像部件32同軸設(shè)置。同時(shí)，該傳像光路34位于石英 鏡頭33與光場(chǎng)相機(jī)2之間，傳像部件32與該內(nèi)層311之間形成有一用于通入惰性氣體吹 掃石英鏡頭33的氣流通道，該外腔內(nèi)用于通入冷卻水冷卻該傳像光路34和石英鏡頭33。
[0046] 在本實(shí)施例中，內(nèi)窺鏡系統(tǒng)3能夠深入高溫、多顆粒的燃燒爐或氣化爐內(nèi)工作，通 過(guò)水冷夾套31以通入冷卻水的方式可以長(zhǎng)期抵抗最高溫度為2000°C的高溫，其用水少、冷 卻效率高、內(nèi)窺鏡系統(tǒng)3整體結(jié)構(gòu)緊湊。同時(shí)通過(guò)傳像部件32與該內(nèi)層311之間形成的氣 流通道，在該氣流通道內(nèi)通入惰性氣體吹掃石英鏡頭33,長(zhǎng)期抵抗?fàn)t膛內(nèi)高溫顆粒對(duì)前端 耐高溫的石英鏡頭33的污染。
[0047] 此外，光場(chǎng)相機(jī)2用于接收傳像光路34上的光像形成待測(cè)火焰4不同成像路徑的 微像并轉(zhuǎn)化為電信號(hào)傳輸至控制處理系統(tǒng)1中。其中，該光場(chǎng)相機(jī)2沿該水冷夾套31的軸 線方向從左至右依次包括相機(jī)電路接口 21、感光芯片22、微透鏡陣列23和焦距調(diào)節(jié)部件 24,微透鏡陣列23位于傳像光路34的像面上，感光芯片22位于微透鏡陣列23的后焦面上， 相機(jī)電路接口 21通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸線路與控制處理系統(tǒng)1相連接。
[0048] 而控制處理系統(tǒng)1用于將收到的電信號(hào)轉(zhuǎn)換為二維光場(chǎng)數(shù)據(jù)，并對(duì)不同成像路徑 的微像進(jìn)行數(shù)字重聚焦，得到三維光亮度分布。其中，控制處理系統(tǒng)1包括用于將爐膛內(nèi)的 待測(cè)火焰4圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行處理的圖形工作站13、用于顯示待測(cè)火焰原始圖像的二維圖像顯 示系統(tǒng)11和用于顯示將處理后的待測(cè)火焰圖像數(shù)據(jù)經(jīng)算法計(jì)算并處理后得到待測(cè)火焰三 維結(jié)構(gòu)的三維圖像顯示系統(tǒng)12。
[0049] 其中，光場(chǎng)相機(jī)2置于燃燒爐或氣化爐外工作，控制處理系統(tǒng)1能夠通過(guò)與光場(chǎng)相 機(jī)2內(nèi)相機(jī)電路接口 21配套的數(shù)據(jù)采集卡控制相機(jī)參數(shù)，爐膛內(nèi)火焰圖像數(shù)據(jù)經(jīng)圖形工作 站13處理后，火焰的原始圖像顯示于二維圖像顯示系統(tǒng)11，處理后的火焰圖像數(shù)據(jù)經(jīng)算法 計(jì)算并處理后得到火焰的三維結(jié)構(gòu)并顯示于三維圖像顯示系統(tǒng)12。
[0050] 由此可知，爐膛內(nèi)待測(cè)火焰通過(guò)傳像光路34進(jìn)行成像并投影至光場(chǎng)相機(jī)2內(nèi)，可 以在同一時(shí)間采集并顯示待測(cè)火焰二維原始圖像及三維結(jié)構(gòu)圖像，實(shí)現(xiàn)待測(cè)火焰的二維、 三維實(shí)時(shí)可視化檢測(cè)，且該采集裝置內(nèi)部無(wú)運(yùn)動(dòng)部件，結(jié)構(gòu)很穩(wěn)固。
[0051] 優(yōu)選地，該外腔通過(guò)一連接管314形成一用于通入冷卻水的第一冷卻通道317和 第二冷卻通道318。連接管314靠近該光場(chǎng)相機(jī)2的一端固定與該連接部件35上，第一冷 卻通道317遠(yuǎn)離光場(chǎng)相機(jī)2的一端與第二冷卻通道318相通。同時(shí)，內(nèi)層311的外壁與連 接管314的內(nèi)壁之間以及連接管314的外壁與外層313的內(nèi)壁之間分別設(shè)有第一螺旋部件 315和第二螺旋部件316,該第一螺旋部件315繞該內(nèi)層311軸線的旋轉(zhuǎn)方向與該第二螺旋 部件316繞連接管314軸線的旋轉(zhuǎn)方向相反。
[0052] 這樣通過(guò)第一螺旋部件315、第二螺旋部件316、第一冷卻通道317和第二冷卻通 道318組成的高效旋流冷卻系統(tǒng)以通入冷卻水的方式長(zhǎng)期抵抗最高2000°C的高溫，其具有 用水少、冷卻效率高、內(nèi)窺鏡整體結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點(diǎn)。
[0053] 請(qǐng)根據(jù)圖1予以理解，內(nèi)層311靠近光場(chǎng)相機(jī)2的一端部設(shè)有與氣流通道相連通 的氣體進(jìn)口 36。該外層313靠近光場(chǎng)相機(jī)2的一端部設(shè)有一與第一冷卻通道317相連通的 冷卻水進(jìn)口 37,連接管314靠近該光場(chǎng)相機(jī)2的一端部設(shè)有一與第二冷卻通道318相連通 的冷卻水出口 38。
[0054] 另外，外層313的外壁上套設(shè)有一第一法蘭39,該水冷夾套31通過(guò)法蘭固定在爐 膛內(nèi)。這樣可以使內(nèi)窺鏡系統(tǒng)3牢固的固定在燃燒爐或氣化爐上，并且能使采集裝置在在 單視角條件下重建爐膛內(nèi)的火焰三維結(jié)構(gòu)。
[0055] 此外，該連接部件35沿水冷夾套31的軸線方向從左至右依次包括一與該光場(chǎng)相 機(jī)2相匹配的光像轉(zhuǎn)接部件351、一彈性部件352和兩個(gè)相互固定連接的第二法蘭353,其 中，位于右端的第二法蘭353固定于該水冷夾套31的端面上，且兩個(gè)該第二法蘭353之間 通過(guò)一密封圈（圖中未示出）密封連接。
[0056] 本實(shí)用新型還提供了一種如上所述的重建爐膛內(nèi)火焰三維結(jié)構(gòu)的采集裝置的采 集方法，其包括以下步驟：
[0057] 步驟100,待測(cè)火焰各點(diǎn)的入射光經(jīng)內(nèi)窺鏡系統(tǒng)3在傳像光路34像面處的微透鏡 陣列23上成像并形成像點(diǎn)，各像點(diǎn)在微透鏡陣列23后焦面的空間上分開(kāi)。
[0058] 步驟101，微透鏡陣列23后焦面的各點(diǎn)光線在感光芯片22上形成待測(cè)火焰不同成 像路徑的微像，并將該微像轉(zhuǎn)化為電信號(hào)進(jìn)入控制處理系統(tǒng)1。
[0059] 步驟102,控制處理系統(tǒng)1將收到的電信號(hào)轉(zhuǎn)換為二維光場(chǎng)數(shù)據(jù)，并對(duì)不同成像路 徑的微像進(jìn)行數(shù)字重聚焦得到三維光亮度分布，獲得待測(cè)火焰的三維結(jié)構(gòu)。
[0060] 在本實(shí)施例中，采用上述采集方法可在單視角條件下記錄爐膛內(nèi)待測(cè)火焰光輻射 在傳播過(guò)程中的四維位置和方向的信息，可同時(shí)顯示待測(cè)火焰二維圖像及三維結(jié)構(gòu)圖像。
[0061] 優(yōu)選地，步驟102中對(duì)不同成像路徑的微像進(jìn)行數(shù)字重聚焦得到三維光亮度分 布，獲得待測(cè)火焰的三維結(jié)構(gòu)的具體過(guò)程包括以下步驟：
[0062] 步驟1020,待測(cè)火焰一點(diǎn)的入射光經(jīng)傳像光路34和微透鏡陣列23后投影至感光 芯片22上對(duì)應(yīng)的若干像元，這些像元共同組成一個(gè)宏像素，每個(gè)宏像素的坐標(biāo)對(duì)應(yīng)待測(cè)火 焰像點(diǎn)的幾何位置，而宏像素中所覆蓋的每個(gè)感光芯片22像元?jiǎng)t代表目標(biāo)火焰的不同視 角信息。
[0063] 步驟1021，對(duì)二維光場(chǎng)圖像中的像素進(jìn)行重新排列，得到四維光場(chǎng)矩陣，將四維光 場(chǎng)重新投影至新的像面進(jìn)行積分疊加，即可獲得不同像面上的對(duì)焦圖像。
[0064] 步驟1022,通過(guò)對(duì)各對(duì)焦圖像在深度估計(jì)的基礎(chǔ)上進(jìn)行空間排列，并進(jìn)行高通濾 波處理濾除非聚焦信息后，即可獲得待測(cè)火焰的三維結(jié)構(gòu)。
[0065] 以下例舉具體實(shí)施方案，對(duì)本實(shí)用新型的實(shí)用性及可靠性進(jìn)行說(shuō)明：
[0066] 基于多噴嘴對(duì)置式水煤漿氣化爐熱態(tài)試驗(yàn)平臺(tái)，應(yīng)用本實(shí)用新型重建爐膛內(nèi)火焰 三維結(jié)構(gòu)的采集裝置，對(duì)氣化爐內(nèi)火焰三維結(jié)構(gòu)進(jìn)行還原。
[0067] 以水煤漿為氣化介質(zhì)，四噴嘴水平互成90°對(duì)置，雙通道噴嘴內(nèi)通道由螺桿泵計(jì) 量輸送水煤漿進(jìn)入爐膛，環(huán)隙輸送氧氣以實(shí)現(xiàn)燃料的霧化，四路氧氣、水煤漿在爐內(nèi)劇烈 撞擊燃燒，并進(jìn)行氣化反應(yīng)生成合成氣。四噴嘴水煤漿流量各11. 50kg/h，氧氣流量范圍 5. 70Nm3/h?6. 30Nm3/h，控制氧碳比在0. 9至1. 0內(nèi)變化，可穩(wěn)定連續(xù)操作。四噴嘴撞擊 平面中心溫度達(dá)到2300K以上，爐壁耐火磚溫度1600K以下，撞擊平面以上至爐頂間溫度隨 高度的升高而降低，爐頂耐火磚溫度亦在1600K以下，火焰溫度達(dá)到1900K左右。該套采集 裝置垂直置于氣化爐爐頂，其中，光場(chǎng)相機(jī)置于氣化爐外，內(nèi)窺鏡系統(tǒng)伸入氣化爐內(nèi)，前端 石英鏡頭與氣化爐內(nèi)拱頂耐火磚內(nèi)壁平齊。
[0068] 在本實(shí)施例中，工業(yè)光場(chǎng)相機(jī)采用43.5mm尺寸的2800萬(wàn)像素C⑶感光芯片，通 過(guò)Camera Link標(biāo)準(zhǔn)接口進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，最大采集巾貞率6fps，感光芯片前端嵌入定制的微透 鏡陣列，光場(chǎng)相機(jī)的焦距調(diào)節(jié)部件為F卡口。內(nèi)窺鏡系統(tǒng)的冷卻水溫度25°C，冷卻水流量 1000L/h，吹掃氣流量3. 5m3/h，以維持內(nèi)窺鏡系統(tǒng)內(nèi)傳像光路的正常工作環(huán)境。
[0069] 在本實(shí)施例中，光場(chǎng)相機(jī)置于氣化爐外工作，微透鏡陣列位于內(nèi)窺鏡系統(tǒng)的傳像 光路的像面上，感光芯片位于微透鏡陣列的后焦面上，相機(jī)電路接口通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸線路與 圖形工作站相連?？刂铺幚硐到y(tǒng)能夠通過(guò)與光場(chǎng)相機(jī)內(nèi)相機(jī)電路接口配套的Camera Link 標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)采集卡控制相機(jī)的采集幀率、快門速度、曝光時(shí)間、等參數(shù)，記錄單幀火焰圖像或 火焰視頻，爐內(nèi)火焰圖像數(shù)據(jù)經(jīng)圖形工作站，通過(guò)經(jīng)過(guò)二次開(kāi)發(fā)的工業(yè)機(jī)器視覺(jué)軟件處理 后，將火焰的原始圖像顯示于二維圖像顯示系統(tǒng)，同時(shí)，火焰圖像數(shù)據(jù)在經(jīng)過(guò)二次開(kāi)發(fā)的工 業(yè)機(jī)器視覺(jué)軟件內(nèi)經(jīng)算法計(jì)算并處理后得到火焰的三維結(jié)構(gòu)，并顯示于三維圖像顯示系 統(tǒng)。
[0070] 綜上所述，本實(shí)用新型內(nèi)窺鏡系統(tǒng)冷卻效率高，可以在高溫、單視角條件下采集和 顯示待測(cè)火焰的三維結(jié)構(gòu)，可以在同一時(shí)間采集并顯示待測(cè)火焰二維原始圖像及三維結(jié)構(gòu) 圖像，實(shí)現(xiàn)待測(cè)火焰的二維、三維實(shí)時(shí)可視化檢測(cè)。
[0071] 雖然以上描述了本實(shí)用新型的【具體實(shí)施方式】，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解， 這僅是舉例說(shuō)明，本實(shí)用新型的保護(hù)范圍是由所附權(quán)利要求書(shū)限定的。本領(lǐng)域的技術(shù)人員 在不背離本實(shí)用新型的原理和實(shí)質(zhì)的前提下，可以對(duì)這些實(shí)施方式做出多種變更或修改， 但這些變更和修改均落入本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1. 一種重建爐膛內(nèi)火焰三維結(jié)構(gòu)的采集裝置，其特征在于，其包括內(nèi)窺鏡系統(tǒng)、光場(chǎng)相 機(jī)和控制處理系統(tǒng)； 該內(nèi)窺鏡系統(tǒng)用于將該爐膛內(nèi)的待測(cè)火焰圖像通過(guò)石英鏡頭和傳像光路引出至爐膛 外并與該光場(chǎng)相機(jī)相匹配，其包括一水冷夾套、一固定有該石英鏡頭的傳像部件和一固定 于該光場(chǎng)相機(jī)與該水冷夾套的端部之間的連接部件，該水冷夾套包括一內(nèi)層和一外層，該 內(nèi)層內(nèi)形成有一內(nèi)腔，該內(nèi)層與外層之間形成有一外腔； 該傳像部件固定于該連接部件上且位于該內(nèi)腔內(nèi)，該傳像光路位于傳像部件內(nèi)且與該 傳像部件同軸設(shè)置，該傳像光路位于該石英鏡頭與該光場(chǎng)相機(jī)之間，該傳像部件與該內(nèi)層 之間形成有一用于通入惰性氣體吹掃該石英鏡頭的氣流通道，該外腔內(nèi)用于通入冷卻水冷 卻該傳像光路和石英鏡頭； 該光場(chǎng)相機(jī)用于接收該傳像光路上的光像形成待測(cè)火焰不同成像路徑的微像并轉(zhuǎn)化 為電信號(hào)傳輸至該控制處理系統(tǒng)中； 該控制處理系統(tǒng)用于將收到的電信號(hào)轉(zhuǎn)換為二維光場(chǎng)數(shù)據(jù)，并對(duì)不同成像路徑的微像 進(jìn)行數(shù)字重聚焦，得到三維光亮度分布。
2. 如權(quán)利要求1所述的采集裝置，其特征在于，該外腔通過(guò)一連接管形成一用于通入 冷卻水的第一冷卻通道和第二冷卻通道，該連接管靠近該光場(chǎng)相機(jī)的一端固定與該連接部 件上，該第一冷卻通道遠(yuǎn)離該光場(chǎng)相機(jī)的一端與該第二冷卻通道相通，該內(nèi)層的外壁與該 連接管的內(nèi)壁之間以及該連接管的外壁與該外層的內(nèi)壁之間分別設(shè)有一第一螺旋部件和 一第二螺旋部件，該第一螺旋部件繞該內(nèi)層軸線的旋轉(zhuǎn)方向與該第二螺旋部件繞該連接管 軸線的旋轉(zhuǎn)方向相反。
3. 如權(quán)利要求2所述的采集裝置，其特征在于，該內(nèi)層靠近該光場(chǎng)相機(jī)的一端部設(shè)有 一與氣流通道相連通的氣體進(jìn)口。
4. 如權(quán)利要求2所述的采集裝置，其特征在于，該外層靠近該光場(chǎng)相機(jī)的一端部設(shè)有 一與第一冷卻通道相連通的冷卻水進(jìn)口，該連接管靠近該光場(chǎng)相機(jī)的一端部設(shè)有一與第二 冷卻通道相連通的冷卻水出口。
5. 如權(quán)利要求1所述的采集裝置，其特征在于，該外層的外壁上套設(shè)有一第一法蘭，該 水冷夾套通過(guò)該法蘭固定于爐膛內(nèi)。
6. 如權(quán)利要求1所述的采集裝置，其特征在于，該連接部件沿該水冷夾套的軸線方向 從左至右依次包括一與該光場(chǎng)相機(jī)相匹配的光像轉(zhuǎn)接部件、一彈性部件和兩個(gè)相互固定連 接的第二法蘭，其中，位于右端的第二法蘭固定于該水冷夾套的端面上，且兩個(gè)該第二法蘭 之間通過(guò)一密封圈密封連接。
7. 如權(quán)利要求1-6中任意一項(xiàng)所述的采集裝置，其特征在于，該光場(chǎng)相機(jī)沿該水冷夾 套的軸線方向從左至右依次包括相機(jī)電路接口、感光芯片、微透鏡陣列和焦距調(diào)節(jié)部件，微 透鏡陣列位于該傳像光路的像面上，該感光芯片位于微透鏡陣列的后焦面上，該相機(jī)電路 接口通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸線路與控制處理系統(tǒng)相連接。
8. 如權(quán)利要求1-6中任意一項(xiàng)所述的采集裝置，其特征在于，該控制處理系統(tǒng)包括用 于將爐膛內(nèi)的待測(cè)火焰圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行處理的圖形工作站、用于顯示待測(cè)火焰原始圖像的二 維圖像顯示系統(tǒng)和用于顯示將處理后的待測(cè)火焰圖像數(shù)據(jù)經(jīng)算法計(jì)算并處理后得到待測(cè) 火焰三維結(jié)構(gòu)的三維圖像顯示系統(tǒng)。
【文檔編號(hào)】G01C11/02GK203848827SQ201420238681
【公開(kāi)日】2014年9月24日 申請(qǐng)日期:2014年5月9日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月9日
【發(fā)明者】龔巖, 于廣鎖, 郭慶華, 梁欽鋒, 周志杰, 代正華, 陳雪莉, 王輔臣, 劉海峰, 王亦飛, 龔欣, 許建良, 李偉鋒, 王興軍, 郭曉鐳, 劉霞, 陸海峰, 趙輝, 李超 申請(qǐng)人:華東理工大學(xué)