煤粉燃烧器着火稳定性分析方法及其装置与流程

1.本技术涉及安全监测领域，尤指一种煤粉燃烧器着火稳定性分析方法及其装置。


背景技术：

2.火焰图像温度处理技术是一种基于图像采集和图像处理的二维温度测量系统，可实现火焰图像和温度的同时在线显示，广泛应用于燃煤锅炉、燃气锅炉、以及钢铁、化工、水泥等工业炉窑。近年来，随着计算机和图像处理技术不断发展，火焰图像分辨率及温度测量精度也不断提高，具备了利用火焰图像温度作为着火稳定性判据基础条件。在该些技术中主要采用图像亮度和闪烁频率作为主要判断依据，但是，该些方式均存在一定的局限性，对此业内亟需一种其他途径予以有效判断火焰稳定的方法与装置，为后续操作提供参考和指导。


技术实现要素：

3.本技术目的在于提供一种煤粉燃烧器着火稳定性分析方法及装置，通过分析火焰图像的颜色分布予以准确判断火焰的稳定性，为后续作业提供有效的技术支持。
4.为达上述目的，本技术所提供的煤粉燃烧器着火稳定性分析方法，具体包含：将煤粉燃烧器内的火焰辐射光谱经滤色层分解为三基色后，转化为与光强度成正比的数字图像数据；根据所述数字图像数据分析获得火焰辐射强度信号，根据所述火焰辐射强度信号通过温度与图像之间的对应关系和普朗克定律计算获得火焰图像温度数据；根据所述火焰图像温度数据通过二值化处理获得燃烧稳定性分析结果。
5.在上述煤粉燃烧器着火稳定性分析方法中，可选的，所述方法还包含：通过光敏采集设备分别采集多个预设温度的火焰图像数据，构建温度与图像之间的对应关系。
6.在上述煤粉燃烧器着火稳定性分析方法中，可选的，构建温度与图像之间的对应关系包含：当所述火焰辐射光谱中火焰的辐射波长范围为第一阈值，温度范围为第二阈值时，通过维恩定律构建温度与图像之间的对应关系。
7.在上述煤粉燃烧器着火稳定性分析方法中，可选的，根据所述数字图像数据分析获得火焰辐射强度信号包含：根据所述数字图像数据中三基色的所对应的单色幅值强度获得所述火焰辐射强度信号；其中，所述单色幅值强度通过以下公式获得：
[0008][0009][0010][0011]
在上述公式中，r，g，b分别为所述数字图像数据中的三基色的像素谱色值；λ1，λ2为图像采集设备的光谱响应范围；ηr，ηg，ηb为所述数字图像数据中的三基色的光谱灵敏度系数；λr，λg，λb为所述数字图像数据中的三基色的光谱响应特征波长；kr，kg，kb为所述数字图像数据中的三基色对应三通道的光电转换系数。
[0012]
在上述煤粉燃烧器着火稳定性分析方法中，可选的，根据所述火焰辐射强度信号
通过温度与图像之间的对应关系和普朗克定律计算获得火焰图像温度数据包含：
[0013]
通过以下公式计算获得火焰图像温度数据：
[0014][0015]
在上述公式中，c2为普朗克常量，t为火焰图像温度。
[0016]
在上述煤粉燃烧器着火稳定性分析方法中，可选的，根据所述火焰图像温度数据通过二值化处理获得燃烧稳定性分析结果包含：根据所述火焰图像温度数据中图像上每一点的温度，通过二值化处理获得温度矩阵；根据所述温度矩阵通过稳定性计算模型分析获得燃烧稳定性分析结果；
[0017]
其中，所述稳定性计算模型包含：
[0018][0019]
在上式中，e为燃烧稳定性分析结果；e
i,j
为温度矩阵；i，j分别为火焰图像温度数据中图像上像素点的横纵坐标；i为火焰图像温度数据中图像上像素点的总行数；j为火焰图像温度数据中图像上像素点的总列数。
[0020]
本技术还提供一种煤粉燃烧器着火稳定性分析装置，所述装置包含图像采集模块、计算模块和分析模块；所述图像采集模块用于将煤粉燃烧器内的火焰辐射光谱经滤色层分解为三基色后，转化为与光强度成正比的数字图像数据；所述计算模块用于根据所述数字图像数据分析获得火焰辐射强度信号，根据所述火焰辐射强度信号通过温度与图像之间的对应关系和普朗克定律计算获得火焰图像温度数据；所述分析模块用于根据所述火焰图像温度数据通过二值化处理获得燃烧稳定性分析结果。
[0021]
在上述煤粉燃烧器着火稳定性分析装置中，可选的，所述装置还包含标定模块，所述标定模块用于通过光敏采集设备分别采集多个预设温度的火焰图像数据，构建温度与图像之间的对应关系。
[0022]
在上述煤粉燃烧器着火稳定性分析装置中，可选的，所述图像采集模块包含火焰图像探测器和转换单元；所述火焰图像探测器采集煤粉燃烧器内的火焰辐射光谱，将火焰辐射光谱经滤色层分解为三基色；所述转换单元用于将所述三基色转化为与光强度成正比的数字图像数据。
[0023]
在上述煤粉燃烧器着火稳定性分析装置中，可选的，所述火焰图像探测器包含彩色ccd相机。
[0024]
本技术还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述方法。
[0025]
本技术还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有执行上述方法的计算机程序。
[0026]
本技术的有益技术效果在于：利用火焰图像的颜色分布信号判断火焰稳定性将有效提供稳定性的判断的准确性；同时，流程较为简单适用性较强。
附图说明
[0027]
此处所说明的附图用来提供对本技术的进一步理解，构成本技术的一部分，并不构成对本技术的限定。在附图中：
[0028]
图1为本技术一实施例所提供的煤粉燃烧器着火稳定性分析方法的流程示意图；
[0029]
图2为本技术一实施例所提供的燃烧稳定性分析结果的获取流程示意图；
[0030]
图3为本技术一实施例所提供的煤粉燃烧器着火稳定性分析装置示意图；
[0031]
图4为本技术一实施例所提供的火焰图像温度探测器的安装结构示意图；
[0032]
图5为本技术一实施例所提供的煤粉燃烧器着火稳定性分析装置的应用结构示意图；
[0033]
图6为本技术一实施例所提供的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
[0034]
以下将结合附图及实施例来详细说明本技术的实施方式，借此对本技术如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本技术中的各个实施例及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本技术的保护范围之内。
[0035]
另外，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
[0036]
请参考图1所示，本技术所提供的煤粉燃烧器着火稳定性分析方法，具体包含：
[0037]
s101将煤粉燃烧器内的火焰辐射光谱经滤色层分解为三基色后，转化为与光强度成正比的数字图像数据；
[0038]
s102根据所述数字图像数据分析获得火焰辐射强度信号，根据所述火焰辐射强度信号通过温度与图像之间的对应关系和普朗克定律计算获得火焰图像温度数据；
[0039]
s103根据所述火焰图像温度数据通过二值化处理获得燃烧稳定性分析结果。
[0040]
在该实施例中，步骤s101和s102其原理在于：火焰辐射光谱经滤色层分解为rgb三基色后进入ccd光敏元件，转换成与光强度成正比的数字图像；其后，从图像rgb值中可得到火焰辐射强度信号，然后根据普朗克定律可计算火焰图像温度。
[0041]
在本技术一实施例中，所述方法还可包含：通过光敏采集设备分别采集多个预设温度的火焰图像数据，构建温度与图像之间的对应关系。具体的，可通过黑体炉(或其他已知温度)标定ccd相机，即建立温度信号与图像信号之间的关系，从而实现温度与图像rgb值之间关系建立。其中，构建温度与图像之间的对应关系可包含：当所述火焰辐射光谱中火焰的辐射波长范围为第一阈值，温度范围为第二阈值时，通过维恩定律构建温度与图像之间的对应关系。在实际工作中，在辐射波长范围300nm～1000nm(第一阈值)、温度范围800k～2000k(第二阈值)内，普朗克辐射定律可由维恩定律取代；根据维恩公式，火焰单色辐射强度为：
[0042]iλ
＝ε
λ
c1λ-5
exp(-c2/λt)/π；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0043]
在上式中，ε
λ
为单色辐射率，是波长λ的函数；t为温度，k；λ为波长，m；c1、c2为普朗克常量，其值分别为3.742
×
10-16w/m2和1.4388
×
10-2m
×
k；i
λ
为单色辐射强度,w/(m3×
sr)。
[0044]
基于上述实施例，采用基于彩色ccd接收的可见光波段的红、绿、蓝3个色度信号之间的比值求解温度分布的方法，主要原理在于辐射图像中任一像素的温度可由以下公式计
算获得：
[0045][0046]
彩色ccd输出为rgb三谱色通道，将ccd的波段响应简化为单色响应处理，即假定彩色火焰图像中rgb值对应的单色辐射强度正比于其响应光谱的特征波长。
[0047]
关于rgb值对应的单色辐射强度的计算方式请参考本技术一实施例所示，根据所述数字图像数据分析获得火焰辐射强度信号可包含：根据所述数字图像数据中三基色的所对应的单色幅值强度获得所述火焰辐射强度信号；其中，所述单色幅值强度通过以下公式获得：
[0048][0049][0050][0051]
在上述公式中，r，g，b分别为所述数字图像数据中的三基色的像素谱色值；λ1，λ2为图像采集设备的光谱响应范围，λ1＝380nm，λ2＝780nm；ηr，ηg，ηb为所述数字图像数据中的三基色的光谱灵敏度系数；λr，λg，λb为所述数字图像数据中的三基色的光谱响应特征波长，λr＝610nm，λg＝510nm，λb＝460nm；kr，kg，kb为所述数字图像数据中的三基色对应三通道的光电转换系数，是辐射测温过程中的关键参数，由相机快门、光圈、白平衡、增益、噪声等因素控制，通常利用黑体炉标定得到。
[0052]
基于上述流程，在本技术一实施例中，根据所述火焰辐射强度信号通过温度与图像之间的对应关系和普朗克定律计算获得火焰图像温度数据可包含：
[0053]
通过以下公式计算获得火焰图像温度数据：
[0054][0055]
在上述公式中，c2为普朗克常量，t为火焰图像温度。
[0056]
由此可得出火焰图像温度数据中每一帧图像上每一个点的温度，基于该图像中各点的温度值即可统筹分析燃烧稳定性，具体的，请参考图2所示，在本技术一实施例中，根据所述火焰图像温度数据通过二值化处理获得燃烧稳定性分析结果包含：
[0057]
s201根据所述火焰图像温度数据中图像上每一点的温度，通过二值化处理获得温度矩阵；
[0058]
s202根据所述温度矩阵通过稳定性计算模型分析获得燃烧稳定性分析结果；
[0059]
其中，所述稳定性计算模型包含：
[0060][0061]
在上式中，e为燃烧稳定性分析结果；e
i,j
为温度矩阵；i，j分别为火焰图像温度数据中图像上像素点的横纵坐标；i为火焰图像温度数据中图像上像素点的总行数；j为火焰图像温度数据中图像上像素点的总列数。
[0062]
请参考图3所示，本技术还提供一种煤粉燃烧器着火稳定性分析装置，所述装置包含图像采集模块、计算模块和分析模块；所述图像采集模块用于将煤粉燃烧器内的火焰辐射光谱经滤色层分解为三基色后，转化为与光强度成正比的数字图像数据；所述计算模块用于根据所述数字图像数据分析获得火焰辐射强度信号，根据所述火焰辐射强度信号通过
温度与图像之间的对应关系和普朗克定律计算获得火焰图像温度数据；所述分析模块用于根据所述火焰图像温度数据通过二值化处理获得燃烧稳定性分析结果。其中，所述装置还可包含标定模块，所述标定模块用于通过光敏采集设备分别采集多个预设温度的火焰图像数据，构建温度与图像之间的对应关系。
[0063]
在上述实施例中，所述图像采集模块包含火焰图像探测器和转换单元；所述火焰图像探测器采集煤粉燃烧器内的火焰辐射光谱，将火焰辐射光谱经滤色层分解为三基色；所述转换单元用于将所述三基色转化为与光强度成正比的数字图像数据。其中，所述火焰图像探测器的安装方式可参考图4所示，各火焰图像温度探测器401与燃烧器402喷射口成夹角设置，夹角度数可根据实际需要选择设置，本技术对此并不做进一步限制。在实际使用时，所述火焰图像探测器可为彩色ccd相机，所述计算模块和所述分析模块可集成为一火焰图像处理服务器上，另可设置一模拟火焰图像监视器以实时监测图像采集状态；判断稳定性过程中，如图5所示，首先将每个燃烧器着火图像实时引入模拟火焰监视器501，同时将图像信息引入火焰图像处理服务器502，实时计算煤粉燃烧器区域温度分布；根据火焰探测器图像中温度区域占比，判断该燃烧器着火稳定性。该稳定性0-1之间的。具体算法为：遍历火焰图像探测器得到的图像上面每一个点的温度t
i,j
，对其进行二值化操作，贫煤阈值为650℃，烟煤阈值500℃，褐煤阈值400℃，得到e
i,j
，e
i,j
是只有0，1组成的矩阵，计算燃烧稳定指数为：
[0064][0065]
在上式中，i为图像像素点总行数；j为图像像素点总列数。
[0066]
最后，再将所述燃烧稳定性的判断结果通过工业控制以太网503发出给后续终端。
[0067]
本技术的有益技术效果在于：利用火焰图像的颜色分布信号判断火焰稳定性将有效提供稳定性的判断的准确性；同时，流程较为简单适用性较强。
[0068]
本技术还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述方法。
[0069]
本技术还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有执行上述方法的计算机程序。
[0070]
如图6所示，该电子设备600还可以包括：通信模块110、输入单元120、显示器160、电源170。值得注意的是，电子设备600也并不是必须要包括图6中所示的所有部件；此外，电子设备600还可以包括图6中没有示出的部件，可以参考现有技术。
[0071]
如图6所示，中央处理器100有时也称为控制器或操作控件，可以包括微处理器或其他处理器装置和/或逻辑装置，该中央处理器100接收输入并控制电子设备600的各个部件的操作。
[0072]
其中，存储器140，例如可以是缓存器、闪存、硬驱、可移动介质、易失性存储器、非易失性存储器或其它合适装置中的一种或更多种。可储存上述与失败有关的信息，此外还可存储执行有关信息的程序。并且中央处理器100可执行该存储器140存储的该程序，以实现信息存储或处理等。
[0073]
输入单元120向中央处理器100提供输入。该输入单元120例如为按键或触摸输入装置。电源170用于向电子设备600提供电力。显示器160用于进行图像和文字等显示对象的
显示。该显示器例如可为lcd显示器，但并不限于此。
[0074]
该存储器140可以是固态存储器，例如，只读存储器(rom)、随机存取存储器(ram)、sim卡等。还可以是这样的存储器，其即使在断电时也保存信息，可被选择性地擦除且设有更多数据，该存储器的示例有时被称为eprom等。存储器140还可以是某种其它类型的装置。存储器140包括缓冲存储器141(有时被称为缓冲器)。存储器140可以包括应用/功能存储部142，该应用/功能存储部142用于存储应用程序和功能程序或用于通过中央处理器100执行电子设备600的操作的流程。
[0075]
存储器140还可以包括数据存储部143，该数据存储部143用于存储数据，例如联系人、数字数据、图片、声音和/或任何其他由电子设备使用的数据。存储器140的驱动程序存储部144可以包括电子设备的用于通信功能和/或用于执行电子设备的其他功能(如消息传送应用、通讯录应用等)的各种驱动程序。
[0076]
通信模块110即为经由天线111发送和接收信号的发送机/接收机110。通信模块(发送机/接收机)110耦合到中央处理器100，以提供输入信号和接收输出信号，这可以和常规移动通信终端的情况相同。
[0077]
基于不同的通信技术，在同一电子设备中，可以设置有多个通信模块110，如蜂窝网络模块、蓝牙模块和/或无线局域网模块等。
[0078]
本领域内的技术人员应明白，本技术的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本技术可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本技术可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
[0079]
本技术是参照根据本技术实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
[0080]
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
[0081]
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
[0082]
以上所述的具体实施例，对本技术的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本技术的具体实施例而已，并不用于限定本技术的保护范围，凡在本技术的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。