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燃烧火焰特征的数字图像处理系统

燃气轮机技术 2002年第1期15卷 13-15,34页

作者：王颖冯志敏胡海刚邹介棠吴铭岚宁波大学海运学院浙江宁波315211 上海交通大学动力学院上海200030

介绍了一个作者自行开发的注蒸汽的燃气轮机燃烧室火焰特征分析软件 ,借助于数字图像处理技术和光学辐射理论对燃烧火焰的结构、层次和轮廓进行了分析和处理 ,同时依据火焰图像推算出其温度场 ,从而为燃烧室理论设计和实验处理提供一个... 详细信息

介绍了一个作者自行开发的注蒸汽的燃气轮机燃烧室火焰特征分析软件 ,借助于数字图像处理技术和光学辐射理论对燃烧火焰的结构、层次和轮廓进行了分析和处理 ,同时依据火焰图像推算出其温度场 ,从而为燃烧室理论设计和实验处理提供一个强有力的分析工具。

关键词：燃烧火焰特征数字图像处理系统燃烧室比色测温法燃气轮机蒸汽

基于CCD图像传感器的高温熔体温度场软测量系统的研究

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基于CCD图像传感器的高温熔体温度场软测量系统的研究

作者：刘征中南大学

学位级别：硕士

在有色金属冶炼过程中,高温熔体温度的测量是至关重要的。熔体温度既是确保产品质量的依据,又是实现生产过程自动控制、决策优化的基本条件,也是实现热能管理与节能降耗的关键。然而由于金属熔炼过程工艺复杂,环境恶劣,使得现有的高温... 详细信息

在有色金属冶炼过程中,高温熔体温度的测量是至关重要的。熔体温度既是确保产品质量的依据,又是实现生产过程自动控制、决策优化的基本条件,也是实现热能管理与节能降耗的关键。然而由于金属熔炼过程工艺复杂,环境恶劣,使得现有的高温测量技术对冶金炉内熔体的温度场难以实现实时在线检测,因此急需研制出一种能简单、方便、快速地测量高温熔体表面温度场的测温仪器。近年来,随着光电技术、计算机技术和数字图像处理技术的发展,基于彩色CCD图像传感器的非接触式测温技术因其具有独特的优点而成为高温检测领域的研究热点之一。本文以高温熔体表面温度场的测量为研究目的,系统地研究了基于彩色CCD传感器的非接触式测温法的原理,详细论述了CCD输出信号与辐射体温度的关系,而且针对目前该测温方法测量精度不高的问题,分析了CCD比色测温法主要的误差来源,并提出了标定修正的CCD比色测温法。在研究了测温系统中所需设备的结构和功能之后,提出了测温系统中各设备选型应满足的条件,设计并构建了一套基于彩色CCD图像传感器的非接触式测温系统。由于彩色CCD摄像机是作为电视摄像或监视设备研制生产的,其功能与测温所需的功能有很大的不同,因此本文中着重研究了彩色CCD摄像机各种性能对温度测量的影响及其处理方法。该项研究和分析对避免或减少因CCD摄像机本身所导致的某些测温误差有重大的意义。构建测温系统后,本文利用中国计量院热工处的高温黑体炉对该系统进行了标定,得到了较为稳定的标定测量值,为系统进行实际测量奠定了基础;同时,通过分析大量实验数据,结果表明了本文提出的修正的CCD比色测温方法能有效地减少测温误差,提高测温精度,对测量高温熔体的温度场有显著的实用价值和应用前景。

关键词： CCD图像传感器比色测温法非接触式温度测量数字图像处理温度标定

基于CCD图像传感器的高温温度场软测量系统的研究

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基于CCD图像传感器的高温温度场软测量系统的研究

作者：李晟中南大学

学位级别：硕士

基于CCD(电荷耦合器件)图像传感器的非接触高温温度场软测量方法将CCD技术、数字图像处理技术与传统辐射测温方法相结合,能够实现快速、准确的高温场测量,显著提高测量技术水平,因而成为高温检测领域近年来的研究热点。本文在研究分析CC... 详细信息

基于CCD(电荷耦合器件)图像传感器的非接触高温温度场软测量方法将CCD技术、数字图像处理技术与传统辐射测温方法相结合,能够实现快速、准确的高温场测量,显著提高测量技术水平,因而成为高温检测领域近年来的研究热点。本文在研究分析CCD辐射测温的研究历史和现状的基础上,以高温熔体表面温度场的测试为研究背景,综合运用非接触式辐射测温理论、CCD技术和数字图像处理技术,对高温熔体在线测温系统进行了深入的理论分析与大量的实验研究,取得了如下的研究成果:1.在研究了测温系统所需设备的结构和功能后,提出了测温系统中各设备选型应满足的条件,设计并构建了一套基于彩色CCD图像传感器的非接触式测温系统,详细介绍了组成该系统的各硬件设备,开发了标定和测温软件。2.对于工业现场所拍摄的高温熔体表面覆盖有大量烟雾且难以有效分割的状况,提出了一种多干扰情况下高温辐射体图像目标的分步识别方法。先通过对红、绿基色图像分别进行分割来减小甚至消除高温辐射体图像的各种噪声,然后用改进的最大类间方差算法分割高温目标图像,并运用数学形态学方法对分割结果进行后处理以消除游离点和孔洞,使图像边缘平滑。实验表明,该方法可以快速有效地实现高温辐射体的正确识别。3.提出利用调节光圈和快门组合的方法扩大CCD的测温范围,并通过实验验证了该方法的有效性。4.通过理论推导和实验研究指出,在摄像头前加中性滤光片可以扩大CCD的测温范围,但是扩大的程度有限,且测温下限随滤光片透过率的减少而上升。5.在研究测温系统标定实验原理的基础上,提出了标定实验方案,研发了标定实验系统和基于CCD的高温场软测量系统,并完成了对测量系统的标定。6.在上述工作的基础上,利用基于CCD图像传感器的高温场软测量系统对工业现场的高温熔体进行了测温实验。实验结果表明,所研发的高温场软测量系统测温精度较高,具有较强的实用性和推广价值。

关键词： CCD 温度场软测量比色测温法数字图像处理

多模光纤和蓝宝石光纤高温测量技术的应用研究

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多模光纤和蓝宝石光纤高温测量技术的应用研究

作者：高淼武汉理工大学

学位级别：硕士

近年来,光纤传感技术是工业测量领域的热点之一。在某些工业环境中,由于测量环境十分恶劣,传统的电信号传感器难以胜任。光纤传感技术由于具有抗电磁干扰、耐腐蚀、防燃防爆等突出优势,开始得到了广泛的应用。在工业领域中,温度是常见... 详细信息

近年来,光纤传感技术是工业测量领域的热点之一。在某些工业环境中,由于测量环境十分恶劣,传统的电信号传感器难以胜任。光纤传感技术由于具有抗电磁干扰、耐腐蚀、防燃防爆等突出优势,开始得到了广泛的应用。在工业领域中,温度是常见且重要的物理量。由于在800℃—1600℃温度段的测量中使用铂铑热电偶,它在高温下易化学腐蚀,寿命短,而且价格昂贵,所以在一些恶劣环境中,不能有效测量高温。本论文以高温测量技术和光纤传感技术为基础,研究了普通多模光纤和蓝宝石光纤的比色测温技术。本文详细地叙述了比色法光纤辐射温度计的理论及应用。比色测温法能大大降低发射率及环境对测温结果的影响,在最佳条件下,该影响可降至零。论文介绍了多模光纤接触—非接触比色测温技术在制硫炉、热风炉、焦化炉等工业现场的工程应用。蓝宝石光纤具有很高的熔点和高温下优异的耐化学腐蚀性,而且工作波长范围宽,是当前在高温环境下最适用的光波导材料之一。论文重点介绍了蓝宝石光纤在标准高温试验炉内进行比色测温的试验和标定数据。蓝宝石光纤比色高温计包括温度传感光纤和传输光纤、光电转换和数据采集、信号处理软件三个主要部分。针对蓝宝石光纤长度有限、昂贵、不易弯曲的特点,本文采用了一种多模光纤和蓝宝石光纤耦合的方法。光电转换电路将通过耦合到多模光纤的光信号转换成电压信号,由数据采集电路和单片机做比值处理显示温度,最后得出准确的温度值。论文介绍了蓝宝石光纤比色测温法在工业现场的实际应用—在线监测石化工业的煤气化炉运行温度。应用实践表明,在煤气化炉生产过程的恶劣环境下,能对煤气化炉的温度进行实时测量。所以本课题的研究能够解决工业现场的实际问题。本人所做的主要工作为： ①对多模光纤接触—非接触比色测温传感器的原理和在适应化工、冶金等工业现场的温度监测进行了研究。 ②对蓝宝石光纤进行了深入的研究,包括对蓝宝石的抛光,温度特性,双波长强度比值与温度之间的关系,与普通多模光纤的耦合。 ③设计了“蓝宝石光纤探头接触-普通多模光纤传输非接触”高温光纤温度传感器,并应用于煤气化炉的高温测量中。

关键词：蓝宝石光纤比色测温法高温

等离子加热切削加工中温度在线测量系统的设计

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等离子加热切削加工中温度在线测量系统的设计

作者：侯震沈阳工业大学

学位级别：硕士

目前,等离子加热切削技术已经广泛应用于结构性材料的加工中,由于加工件切削处的表面温度不容易被准确测量,因而影响了切削质量。传统上,加工件表面温度是通过热电偶进行测量的,但由于加工件始终处于旋转状态,导致测量效果不佳。文... 详细信息

目前,等离子加热切削技术已经广泛应用于结构性材料的加工中,由于加工件切削处的表面温度不容易被准确测量,因而影响了切削质量。传统上,加工件表面温度是通过热电偶进行测量的,但由于加工件始终处于旋转状态,导致测量效果不佳。文中阐述了辐射测温和比色测温的基本原理,在此基础上提出了一种适用于等离子加热切削过程温度测量的光纤比色温度测量系统,该系统具有精度高、抗干扰能力强等特点。光纤测温技术解决了许多常规红外测温仪和热电偶无法解决的问题,尤其在强电磁干扰下,对移动物体表面温度的测量方面,光纤测温技术显示出独特的优越性。文中对信号采集与处理系统做了详细的设计。在光路部分的设计中,研究了测温系统工作波段的范围,该波段避免了环境对测量结果的影响,提高了系统测温精度。对传输光纤的选择做了分析,该传输光纤的使用提高了系统抗电磁干扰的能力,实现了光信号长距离的传输。两路波长选择为830nm和960nm,在很大程度上消除了由物体发射率带来的测量误差。采用继电器的吸合、断开对光路进行遮挡,消除了暗值对测温结果的影响,提高了测温的准确性;在电路部分的设计中,主要基于TMS320C5402芯片为核心（微处理器）进行外围电路的设计,借助CCS2.0软件开发系统完成了测温系统软件的设计。同时,在软、硬件设计中,全程考虑了抗干扰问题,设计了一些实用的软硬件抗干扰措施和滤波算法,从而保证系统的可靠运行。最后,按照JJG 415-2001工作用辐射温度计检定规程的要求,对系统做了整体实验,表明该系统的精度能够达到±0.5%,重复性良好,达到了设计预期。

关键词：等离子切削比色测温法光纤 DSP 抗干扰

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光纤高温计的研究

光纤高温计的研究

作者：李林东北大学

学位级别：硕士

高温的测量一直是温度测量领域的重点和难点。针对高温测量的理论方法和实际应用也有很多。高温测量的工作特点是温度高、变化快、条件恶劣、技术难度大、不可重复的一次性过程。为了能在满足以上条件的情况下,精确的测量被测介质的高温... 详细信息

高温的测量一直是温度测量领域的重点和难点。针对高温测量的理论方法和实际应用也有很多。高温测量的工作特点是温度高、变化快、条件恶劣、技术难度大、不可重复的一次性过程。为了能在满足以上条件的情况下,精确的测量被测介质的高温,本文提出了利用蓝宝石光纤黑体腔作为传感探头、普通石英光纤作为传输介质的接触-非接触测温方法。以普朗克定律、史蒂芬-波尔兹曼定律和朗伯定律等相关黑体辐射定律作为高温测量的理论基础,以Gouffe腔体辐射理论作为计算发射率的分析方法,以比色测温法作为温度测量方法,来完成高温被测介质的温度测量。虽然利用比色测温法可以有效的完成高温的测量,但由于整个系统结构、测温现场环境等因素的影响,温度测量值会存在一定的温度偏差。针对测温系统不同的环节,提出在两个方面减小偏差。即传输光纤的损耗偏差和蓝宝石光纤与周围空气之间的辐射换热偏差。再结合比色测温法,得出被测介质的真实温度。整个光纤高温计是由蓝宝石光纤黑体腔、锥形光纤、普通传输光纤、窄带滤波片、低噪声光电探测器、数据处理系统和上位机组成。其中,低噪声光电探测器是由硅光电二极管和两级放大电路组成,数据处理系统采用ARM处理器作为核心处理器完成温度的转换、显示、存储和传输;软件编程采用IAR Embedded Workbench软件完成程序的在线调试和加载;上位机采用LabVIEW软件完成温度信号的在线显示和现场分析。

关键词：蓝宝石光纤比色测温法温度偏差 ARM处理器

基于彩色CCD的叶片焊接温度场测量系统研究

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基于彩色CCD的叶片焊接温度场测量系统研究

作者：韩玉刚燕山大学

学位级别：硕士

在汽轮机叶片焊接过程中,温度的测量是至关重要的。焊接温度既是确保产品质量的依据,又是实现生产过程自动控制、决策优化的基本条件,然而由于焊接过程工艺复杂、环境恶劣,使得现有的高温测量技术对焊接温度场难以实现实时在线测量,因... 详细信息

在汽轮机叶片焊接过程中,温度的测量是至关重要的。焊接温度既是确保产品质量的依据,又是实现生产过程自动控制、决策优化的基本条件,然而由于焊接过程工艺复杂、环境恶劣,使得现有的高温测量技术对焊接温度场难以实现实时在线测量,因此急需研制出一种能简单、方便、快速地测量焊接温度场的测温仪器。近年来,随着光电技术、计算机技术和数字图像处理技术的发展,基于彩色CCD图像传感器的非接触式测温技术因其具有独特的优点而成为高温检测领域的研究热点之一。本文根据热辐射学理论和彩色CCD成像理论,研究了温度场测量方法,详细论述了CCD输出信号与辐射体温度的关系。针对目前该测温方法测量精度不高的问题,分析了彩色CCD比色测温法主要的误差来源和校正方法。在研究了测温系统中所需设备的结构和功能之后,提出了测温系统中各设备选型应满足的条件,设计了基于彩色CCD图像传感器的非接触测温系统。文中着重研究了彩色CCD摄像机各种性能对温度测量的影响及其处理方法。该项研究和分析对避免或减少因CCD摄像机本身所导致的某些测温误差有重大的意义。软件部分主要是利用LabVIEW开发平台编写了一套基于状态机设计模式的焊接温度测量系统应用软件,该软件具备如下功能:能够实现对热像图选定区域的温度场伪彩色显示和直方图分析,同时可使用鼠标指定热像图上任意点显示该点温度值,温度异常时发出报警等功能。

关键词：非接触式温度测量 CCD图像传感器比色测温法数字图像处理 LabVIEW 状态机

基于CCD和光学层析成像算法的火焰三维温度场重建与实验研究

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基于CCD和光学层析成像算法的火焰三维温度场重建与实验研究

作者：徐萌华北电力大学(北京)

学位级别：硕士

随着《关于进一步深化电力体制改革的若干意见中发(2015)9号》及其配套文件的颁布,能源互联网领域受到的关注日益增加,对新型检测技术的信息化、智能化方面的要求也在不断增长。虽然传统的热电检测计量装置已经十分成熟,但是从精度和信... 详细信息

随着《关于进一步深化电力体制改革的若干意见中发(2015)9号》及其配套文件的颁布,能源互联网领域受到的关注日益增加,对新型检测技术的信息化、智能化方面的要求也在不断增长。虽然传统的热电检测计量装置已经十分成熟,但是从精度和信息量层面上仍然很难满足未来对温度场进行三维立体重建的客观要求。近些年,基于数字图像处理的层析重建技术因其弥补了上述方法的不足而得到了学术界广泛的关注,基于CCD的光学测温技术,将现代光电检测技术、数字图像处理技术和传统的辐射测温法相结合,具有非接触、响应快、实时动态测量等优点。本文基于光学层析成像算法对火焰三维温度场进行了重建及实验验证。首先,研究并改进了LFBP-SART层析重建算法,探讨了该算法的理论基础及其与双色测温法的结合,进而将其应用于火焰空间温度场重建。搭建了火焰三维温度场检测系统,该火焰检测系统由8台工业级彩色CCD相机、高频多路实时图像采集器和定制的实验规模燃烧器组成。获取了火焰在不同角度的二维彩色图像并转换为灰度图像,利用比色测温法结合层析算法重建出火焰在8个横截面上的灰度分布,经算法整合求得火焰温度截面分布图像,由此实现火焰温度场的三维分布重建。对LFBP-SART算法的模拟仿真验证结果显示,LFBP-SART算法相对于传统的层析重建算法具有空间分辨率高、收敛速度快、误差小、可移植性强等优点,结合比色测温法后更加适用于与硬件结合的、工业CCD图像采集系统,能够较好地完成火焰三维温度场重建功能。实验结果显示：对定制柴油燃烧器明火的实验研究中,LFBP-SART算法及硬件检测系统对火焰三维温度场重建有着较好的效果。这为光学三维测温法的工程应用提供了理论依据与实验支持。

关键词：三维温度场重建 CCD 光学层析成像 LFBP-SART算法比色测温法

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非对称等离子体弧温度场三维重建

非对称等离子体弧温度场三维重建

作者：郑庆余大连理工大学

学位级别：硕士

等离子体加工技术在解决各类难加工材料的加工问题方面发挥了巨大作用,成为现代制造领域不可或缺的非传统加工方法。等离子体弧的温度分布对其加工质量和效率有至关重要的作用,因此,对等离子体弧温度特性的研究就显得尤为重要。论文从... 详细信息

等离子体加工技术在解决各类难加工材料的加工问题方面发挥了巨大作用,成为现代制造领域不可或缺的非传统加工方法。等离子体弧的温度分布对其加工质量和效率有至关重要的作用,因此,对等离子体弧温度特性的研究就显得尤为重要。论文从图像的灰度值与温度值的对应关系入手,基于立体匹配与三维插值原理重建出与温度相关的非对称等离子体弧三维形貌,采用比色测温法测量出形貌模型中每一层灰度值对应的温度,最后完成温度场的三维重建。为采集到加工状态下的非对称等离子体弧图像,论文自行设计搭建了图像采集系统,主要包括：等离子体弧发生装置,光学滤光装置,CCD图像传感器和图像显示输出装置。实验结果表明,该图像采集系统通过旋转拍摄法能够快速地采集到各方向处于加工状态的等离子体弧图像。由于图像采集过程中存在噪声干扰,导致采集到的图像边界模糊,层次感差,噪点较多。为获得高品质弧图像,以便于后续的温度场分析,论文借助MATLAB对弧图像进行一系列的增强预处理,得到较好的视觉场效果,并完成了灰度等值线的提取。基于比色测温原理推导出彩色CCD的比色测温公式,通过自行设计制造的黑体炉对比色测温公式进行了参数标定。基于多幅图像的灰度等值线图,利用立体匹配与三维插值原理建立了与温度场存在相关性的非对称等离子体弧三维形貌。通过标定后的比色测温公式得到了图像灰度值与温度值的对应关系,结合等离子体弧形貌模型,最终完成温度场的三维重建。实验结果表明自行设计的黑体炉对比色测温公式的标定精度较高,满足实验要求;由论文方法重建出的等离子体弧三维形貌无论轴向还是径向都是非对称的,较好地反映出等离子体弧在加工过程中的真实状态;比色测温法计算得到的等离子体弧温度场理论误差较小,最内层温度误差小于7%,另外5层温度误差小于1%。利用论文方法可模拟不同放电参数下的等离子体弧的温度场,根据不同成形加工技术对温度的要求,合理选择等离子体放电参数与加工位置,对优化等离子体加工参数,提高加工质量具有一定指导意义。

关键词：非对称等离子体弧三维温度场 CCD图像传感器比色测温法