嵌入式火焰監(jiān)測與燃燒診斷系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了嵌入式火焰監(jiān)測與燃燒診斷系統(tǒng)，包括：一工控板，所述工控上安裝有OMAP3530雙核處理器，圖像采集模塊，DSP圖像處理模塊和ARM診斷模塊，所述圖像采集模塊連接著DSP圖像處理模塊，DSP圖像處理模塊與ARM診斷模塊之間進行信息交互，一遠程機PC機，所述遠程機PC機用來進行實時的顯示診斷系統(tǒng)畫面，方便工作人員的查看；所述ARM診斷模塊通過以太網(wǎng)接口傳輸?shù)竭h程PC機上。每個爐膛上都安裝有這樣一個監(jiān)測和診斷系統(tǒng)，通過以太網(wǎng)傳輸?shù)竭h程PC機上進行顯示，可以達到實時性的要求，監(jiān)測方便并且成本較低。
【專利說明】嵌入式火焰監(jiān)測與燃燒診斷系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于光電領(lǐng)域，具體涉及嵌入式火焰監(jiān)測與燃燒診斷系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]火電廠鍋爐爐膛內(nèi)的燃燒過程是復雜的物理和化學過程，火焰的溫度場分布及燃燒狀態(tài)對于電站鍋爐的安全經(jīng)濟運行以及減少污染物的排放具有極其重要的現(xiàn)實意義。
[0003]對于燃煤鍋爐而言，鍋爐燃燒工況的組織和監(jiān)控對電廠運行的可靠性、安全性和經(jīng)濟性有較大的影響。鍋爐的安全運行在很大程度上取決于燃燒的穩(wěn)定性，鍋爐燃燒的基本要求是在爐膛內(nèi)建立并維持穩(wěn)定、均勻的燃燒火焰。燃燒火焰是表征燃燒狀態(tài)穩(wěn)定與否最直接的反映。燃燒調(diào)整不好或者燃燒不穩(wěn)定會導致鍋爐熱效率下降，產(chǎn)生更多的污染物、噪聲等，在極端情況下可能引起鍋爐爐膛滅火，甚至誘發(fā)爐膛爆炸造成事故。為了預防潛在的危險，必須進行切實有效的燃燒診斷和火焰監(jiān)測。
[0004]因此，安全、可靠的燃燒診斷技術(shù)成為鍋爐安全運行的重要條件和基本要求。對于大中型鍋爐配備爐膛安全監(jiān)控裝置，其最重要的組成部分是火焰安全監(jiān)測系統(tǒng)。
[0005]90年代后，隨著計算機圖形處理技術(shù)的發(fā)展，基于工業(yè)電荷耦合器件CXD與計算機圖形處理相結(jié)合的技術(shù)是爐膛火焰監(jiān)測系統(tǒng)中較為熱門的研究方向之一。目前鍋爐監(jiān)測系統(tǒng)的硬件一般采用圖像采集卡加計算機的結(jié)構(gòu)，這種系統(tǒng)主要側(cè)重于用軟件方面的設(shè)計來提高鍋爐火焰監(jiān)測的可靠性、安全性，但這種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)存在著很大的局限性:
[0006]I)圖像處理過程面對的是大量的數(shù)據(jù)處理和復雜的算法實現(xiàn)，通用計算機來完成這些任務(wù)，實時性無法得到保證，致使大量的有用數(shù)據(jù)無法得到有效的利用。
[0007]2)計算機負擔過重，PC機要承擔所有的工作和其他的數(shù)據(jù)讀取、存儲操作，如果運行的結(jié)果還要完成網(wǎng)絡(luò)傳輸和數(shù)據(jù)庫等操作，系統(tǒng)的運行速度受到嚴重影響，并且此系統(tǒng)在現(xiàn)場安裝不方便。
[0008]高溫火焰溫度場是燃燒過程極為重要的熱工參數(shù)，目前主要采用光學輻射高溫溫度計進行測量，而這種測量方法只能爐膛局部點的測量，無法實現(xiàn)溫度場的測量。如何實時快速地實現(xiàn)火焰圖像的處理和溫度場的計算并進一步進行燃燒診斷成為亟待解決的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]為了克服上述現(xiàn)有火焰監(jiān)測與診斷系統(tǒng)的缺點，本實用新型的目的在于提供了完全由硬件來解決的方式，每個爐膛上都安裝有這樣一個監(jiān)測和診斷系統(tǒng)，通過以太網(wǎng)傳輸?shù)竭h程PC機上進行顯示，可以達到實時性的要求，監(jiān)測方便并且成本較低。
[0010]為達到上述目的，本實用新型的技術(shù)方案如下:
[0011]嵌入式火焰監(jiān)測與燃燒診斷系統(tǒng)，包括:
[0012]一工控板，所述工控上安裝有0MAP3530雙核處理器，圖像采集模塊，DSP圖像處理模塊和ARM診斷模塊，
[0013]所述圖像采集模塊連接著DSP圖像處理模塊，DSP圖像處理模塊與ARM診斷模塊之間進行信息交互，
[0014]一遠程機PC機，所述遠程機PC機用來進行實時的顯示診斷系統(tǒng)畫面，方便工作人員的查看；
[0015]所述ARM診斷模塊通過以太網(wǎng)接口傳輸?shù)竭h程PC機上。
[0016]優(yōu)選的，所述圖像采集模塊為一數(shù)字攝像頭，采集爐膛火焰的圖像信息，數(shù)字攝像頭上包覆有內(nèi)外套管，在內(nèi)外套管上設(shè)置一冷卻風進口，在所述數(shù)字攝像頭的鏡頭下次設(shè)置一冷卻風出口，所述冷卻風進口和冷卻風出口形成一風道通道。
[0017]通過上述技術(shù)方案，本實用新型的有益效果是:
[0018]本監(jiān)測系統(tǒng)采用0MAP3530雙核處理器，不僅使數(shù)據(jù)處理能力和系統(tǒng)的實時性得到大幅的提升，而且還減輕了 PC的負擔，同時也增強了系統(tǒng)的可靠性，并用ARM對鍋爐的火焰進行診斷，本系統(tǒng)具有圖像采集、圖像處理、燃燒診斷、報警輸出、對事故出現(xiàn)的圖像進行追憶、自學習以及存儲各種燃燒故障信息并通過模式識別算法實現(xiàn)故障的準確判斷的功倉泛;
[0019]每個爐膛上都安裝有這樣一個監(jiān)測和診斷系統(tǒng)，通過以太網(wǎng)傳輸?shù)竭h程PC機上進行顯示，可以達到實時性的要求，監(jiān)測方便并且成本較低。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]為了更清楚地說明本實用新型實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實用新型的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0021]附圖1為本實用新型的總體架構(gòu)。
[0022]附圖2為本實用新型的集成板功能框圖。
【具體實施方式】
[0023]為了使本實用新型實現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合具體圖示，進一步闡述本實用新型。
[0024]參照圖1和圖2，整個系統(tǒng)由以下部分組成，鍋爐爐膛、光學系統(tǒng)、基于0MAP3530的集成板以及遠程PC機。
[0025]鍋爐爐膛是用來進行火焰監(jiān)測與診斷的對象。
[0026]光學系統(tǒng)作為一個輔助系統(tǒng)，應用于數(shù)字攝像頭，輔助系統(tǒng)是指完成光學系統(tǒng)的冷卻和吹掃功能的裝置。
[0027]光學系統(tǒng)的冷卻采用內(nèi)外套管直接風冷的方式。冷卻風由風管進入內(nèi)外夾套直接冷卻內(nèi)管內(nèi)的光學器件。由于儀表用氣的風壓不夠高，為提高冷卻效果，采用單獨的冷卻風機，功率為18.5kff的冷卻風機效果很好。
[0028]冷卻風經(jīng)物鏡前端的外管出口吹入爐膛，同時吹掃保護玻璃以保持其清潔。另外，吹掃風經(jīng)吹掃風管引導在物鏡下方形成一層氣幕從而有效地防止了煙塵撞擊物鏡或粘于物鏡上，保證了光學系統(tǒng)成像的質(zhì)量。
[0029]冷卻風經(jīng)風管入內(nèi)外夾套的冷卻風進口，在經(jīng)過內(nèi)外夾套后，冷卻風經(jīng)冷卻風出口排出。
[0030]監(jiān)測系統(tǒng)集數(shù)字攝像頭、ARM診斷模塊、DSP圖像處理模塊以及以太網(wǎng)接口等為一體，并以wince為操作系統(tǒng)，數(shù)字攝像頭采用功能豐富、高性能的具有30萬像素的COMS傳感器，具有耐灼傷、工作穩(wěn)定可靠、圖像清晰度高等優(yōu)點，用來獲取鍋爐火焰燃燒的圖像。
[0031]0AMP3530是基于ARM+DSP雙核架構(gòu)處理器并且內(nèi)部集成wince操作系統(tǒng)。
[0032]DSP圖像處理模塊主要完成火焰圖像的處理和特征量的提取。ARM診斷模塊完成燃燒診斷等工作。
[0033]充分利用DSP的高速度和并行性，不僅使數(shù)據(jù)處理能力和系統(tǒng)的實時性得到大幅的提升，同時也增強了系統(tǒng)的可靠性，采用ARM診斷模塊進行診斷，給用戶帶來了便利。以太網(wǎng)是次系統(tǒng)與PC機進行通信的接口，通過網(wǎng)絡(luò)將診斷結(jié)果，診斷的信息、實時采集的圖像以及故障圖像上傳到PC機中，供用戶進行監(jiān)視。
[0034]遠程PC機用來進行實時的顯示，方便工作人員的查看。
[0035]整個監(jiān)測系統(tǒng)全部集中在以0MAP3530為核心的工控板上，包括圖像采集模塊，DSP圖像處理模塊和ARM診斷模塊，所述圖像采集模塊連接著DSP模塊，DSP與ARM之間進行交互，ARM診斷模塊是由板載程序啟動。
[0036]所述圖像采集模塊為數(shù)字攝像頭，采集爐膛火焰的圖像信息。
[0037]所述DSP圖像處理模塊是對采集到的火焰圖像進行預處理、特征提取等操作，由ARM診斷模塊來讀取處理結(jié)果。
[0038]所述ARM診斷模塊是對爐膛燃燒狀況進行故障診斷，并且可以進行故障存儲，并通過以太網(wǎng)接口傳輸?shù)竭h程PC機上。
[0039]根據(jù)上述方法流程，具體的實施方法如下；
[0040]1、數(shù)字攝像頭
[0041]一般采用模擬攝像頭進行圖像的采集，模擬攝像頭捕捉到的視頻信號必須經(jīng)過特定的視頻捕捉卡將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字模式，并加以壓縮后才可以轉(zhuǎn)換到計算機上運用。數(shù)字攝像頭可以直接捕捉影像，然后直接傳送到處理器中處理。
[0042]本實用新型是將數(shù)字攝像頭集成到0MAP3530工控板上。
[0043]、圖像采集及處理
[0044]數(shù)字攝像頭以每秒15幀的速度采集火焰圖像，并將其轉(zhuǎn)換為視頻信號，經(jīng)過DSP圖像處理模塊獲得鍋爐火焰的實時圖像信息，進行數(shù)字圖像處理工作，讀取圖像的灰度值，并進行濾波、除噪聲、邊沿檢測、圖像特征量提取等處理。
[0045]I)平均灰度
[0046]平均灰度的定義為灰度的數(shù)學期望與圖像中灰度級數(shù)的比值，它反映的是火焰輻射的平均光強。在圖像處理過程中取一個閾值為r，設(shè)JKO為第i級灰度的概率，其中
r<i<L，L為圖像灰度的最大值。Iaver代表圖像的平均灰度，有:
[0047]
【權(quán)利要求】
1.嵌入式火焰監(jiān)測與燃燒診斷系統(tǒng)，其特征在于，包括: 一工控板，所述工控上安裝有0MAP3530雙核處理器，圖像采集模塊，DSP圖像處理模塊和ARM診斷模塊， 所述圖像采集模塊連接著DSP圖像處理模塊，DSP圖像處理模塊與ARM診斷模塊之間進行信息交互， 一遠程機PC機，所述遠程機PC機用來進行實時的顯示診斷系統(tǒng)畫面，方便工作人員的查看； 所述ARM診斷模塊通過以太網(wǎng)接口傳輸?shù)竭h程PC機上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的嵌入式火焰監(jiān)測與燃燒診斷系統(tǒng)，其特征在于:所述圖像采集模塊為一數(shù)字攝像頭，采集爐膛火焰的圖像信息，數(shù)字攝像頭上包覆有內(nèi)外套管，在內(nèi)外套管上設(shè)置一冷卻風進口，在所述數(shù)字攝像頭的鏡頭下次設(shè)置一冷卻風出口，所述冷卻風進口和冷卻風出口形成一風道通道。
【文檔編號】G01J5/60GK203489237SQ201320421167
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2013年7月16日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月16日
【發(fā)明者】張玉杰, 田碩, 伍瑩瑩, 翟楠, 鄭培 申請人:陜西科技大學