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专利名称：用于工业生产过程的红外温场在线监测系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及红外技术，具体说就是一种用于工业生产过程的红外温场在线监 测系统。
背景技术：
采用红外探测技术实现温场数据采集，将会为工业生产过程提供非常有价值的设 备、装置或者是加工物的运行状态表述方法。通过有效地温场数据，为分析和探明在线装置 的内在运行品质和缺陷甄别。以往的单一定点温度测量以及非在线温度检测方法，都将会 不能提供有红外探测技术所获得的丰富的温场数据。而采用温场_时基数据库技术，将二 维热场数据与时标基准相关联，形成时基_温 场数据库。这不仅仅完成了对环境和目标物 的温场采集与分析技术实现，更重要的是可以建立单点或多点的温度时标函数，为设备的 运行姿态分析提供了任何其他工具所不具备的分析手段和方法。

发明内容本实用新型的目的在于提供一种采用自校正与反馈矫正技术、实现温场数据在线 校准、实现宽范围热辐射信号可视化的用于工业生产过程的红外温场在线监测系统。本实用新型的目的是这样实现的它是由红外光学镜头、非制冷红外探测器、信号 处理�？�、系统控制�？�、图像输出设备、网络接口模块、存储�？�、以太网和图像分析系统 组成的，红外光学镜头连接非制冷红外探测器，非制冷红外探测器连接信号处理�？椋�信号 处理�？榱�接系统控制�？椋�系统控制�？榉直鹆�接图像输出设备、网络接口�？楹痛娲� �？椋�网络接口�？榱�接以太网，以太网连接图像分析系统。本实用新型一种用于工业生产过程的红外温场在线监测系统，是红外热辐射探测 技术在工业生产过程中目标物温场数据的在线监测的应用。采用自校正与反馈矫正技术， 实现温场数据在线校准；解决宽范围热辐射信号的可视化问题；创建温场_时间关系数据 库，提出并研究温场数据的时基分析系统。解决产品质量监测、设备故障诊断、安全与能耗 监测等问题。(1)本实用新型在钢铁生产中的应用随着钢铁生产工艺的不断优化及设备自动化程度的不断提高，应用于钢铁生产中 的红外测温技术可精确监控各阶段的温度，以满足钢材在制备过程中各生产工艺的要求。 可应用的生产过程包括①高炉热风炉拱顶温度在线监测热风炉为高炉提供高温稳定的热风，为安全操作，需监测热风炉拱顶温度。目前， 我国热风炉拱顶温度测量大多采用热电偶。由于热电偶的使用环境(高温，高压)和结构 的限制，在温度波动大、振动及安装方式等诸多因素的影响下，造成热电偶寿命短、测量准 确度不稳定、维护困难等缺点。而采用红外探测技术实现非接触在线热风炉拱顶温度测量 具有极好的性能。它避免了热电偶测温的不足，而且温度响应速度快，运行稳定、可靠，可有效降低成本。②高炉料面的温度测量 炼铁高炉内原料分布均勻是现代大型高炉冶炼顺行的必要条件，而炉顶料面的分 布状况可由料面温度分布来体现。日本某高炉将热像仪安装在顶部的炉壳石英玻璃窗口 以测定料面温度，并根据图像处理结果由计算机控制给料设备，调整料流量，使炉料分布合 理，达到给定的分布要求，从而有效降低了焦比，提高生铁产量和质量、延长高炉炉龄、对节 能降耗起到了重要作用。③连铸坯表面的温度测量连铸坯表面温度是研究二冷传热过程的一个重要参数，二冷制度合理与否直接影 响铸机产量和铸坯质量，如何优化二冷制度，实现二次冷却的动态控制有着重要意义。二冷 区的高温、水、雾及铸坯表面的水膜、氧化铁皮等因素的影响，造成对铸坯表面温度进行准 确测量的难度大，同时，由于移动的被测目标不能有良好的热接触，因此采用红外温场监测 技术进行温度监测，以在尽量减少环境干扰引起测量误差的情况下，可实现连铸坯表面温 度的比较准确测量。④钢坯加热与轧制过程的温度测量也是采用红外温场监测技术的重要工业生产 过程。(2)本实用新型在石化工工业的应用几乎所有的石油化工过程都是在一定的温度和压力下进行的，因此，在石油化工 生产中，温度是反应各种过程是否正常进行的主要参数之一，温度的检测对于保证装置的 安全可靠运行具有较重要的作用。红外温场探测技术在石油化工生产装置的状态检测和故 障诊断工作中具有广泛的应用范围。主要体现在以下几个方面①高温设备衬里缺陷检测②管道和容器内物料流动准状态监测③外保温设备的保温状态监测④电器仪表的故障监测(3)本实用新型在其他领域中的应用该系统的技术突破，将会引领工业非接触在线检测与监测的技术革命。更会进一 步推动工业领域中的各个专项技术的跳跃性提高。开展红外探测技术在工业领域(也会包 括其他领域)的应用研究是该技术很重要的发展方向，其在设计方法、使用条件、技术发展 路线等方面具有与军事应用研究完全不同的内容和形式。红外热成像在线监测技术将会对 工业生产过程中的产品质量、安全生产、设备安全运行等诸多环节提供有效的帮助。该项技 术同时也将在医疗、防火、节能、交通运输、航空等领域开展更为广泛的应用。

图1为本实用新型的采用19毫米镜头的人体红外温场图像；图2为本实用新型的15毫镜头采集的电路板红外温场图像；图3为本实用新型的功能测试软件之一；图4为本实用新型的功能测试软件之二 ；图5为本实用新型的结构方框图。
具体实施方式

以下结合附图举例对本实用新型做进一步说明。实施例1 结合图5，本实用新型一种用于工业生产过程的红外温场在线监测系统，它是由红外光学镜头(1)、非制冷红外探测器(2)、信号处理�？�(3)、系统控制�？� (4)、图像输出设备(5)、网络接口�？�(6)、存储�？�(7)、以太网⑶和图像分析系统(9) 组成的，红外光学镜头(1)连接非制冷红外探测器(2)，非制冷红外探测器(2)连接信号处 理�？�(3)，信号处理�？�(3)连接系统控制�？�(4)，系统控制模块(4)分别连接图像输 出设备(5)、网络接口�？�(6)和存储�？�(7)，网络接口�？�(6)连接以太网(8)，以太网 (8)连接图像分析系统(9)。实施例2 结合图1-图4，本实用新型采用红外探测技术实现温场数据采集，将 会为工业生产过程提供非常有价值的设备、装置或者是加工物的运行状态表述方法。通过 有效地温场数据，为分析和探明在线装置的内在运行品质和缺陷甄别。以往的单一定点温 度测量以及非在线温度检测方法，都将会不能提供有红外探测技术所获得的丰富的温场数 据。而采用温场_时基数据库技术，将二维热场数据与时标基准相关联，形成时基_温场数 据库。这不仅仅完成了对环境和目标物的温场采集与分析技术实现，更重要的是可以建立 单点或多点的温度时标函数，为设备的运行姿态分析提供了任何其他工具所不具备的分析 手段和方法。(1)红外温场数据采集试验单元本系统实现了对红外热辐射信号的采集、数字化和数据采集控制软件设计。并通 过预处理实现了红外温场的可视化处理。图3-1是通过19毫米红外镜头由控制单元采集 处理获得的人体温场数据的可视化图像。(2)可视化预处理可视化预处理工作，主要是完成对采集数据的显示变换，是温场数据能够表达为 符合人们观测习惯。(3)功能性软件该项工作主要是完成系统的基础控制软件，为后续的系统软件设计奠定基础。同 时，也为硬件的调试和温场的数据标定提供工具。图3-3为红外温场监测与数据分析工作 界面。本实用新型的技术指标(1)基于红外探测技术的温场数据采集采用晶硅材料的探测器实现动态成像， 温场采集分辨率为320X240，响应波段8 14 μ m，数据深度14bits(2)温度标定技术探测器非均勻性校正、动态定点温度同步测量；(3)温场-时基数据库64个可变尺寸数据采集窗口，窗口采集特征数据构建与算 法；(4)数据分析工具本实用新型的主要技术方案(1)红外探测技术研究与数据采集红外探测器采用非制冷焦平面探测器。以嵌入式系统为控制核心，对探测器进行控制和数据采集。实现分辨率为320X240的热场图像的采集。研究内容包括非制冷焦平 面探测器应用技术；嵌入式控制器开发设计；温度反馈接口设计及驱动软件；数据采集与 通讯等。(2)辐射_温度变换与数据标定基于斯蒂芬_波尔斯曼理论，进行辐射_温度变换。采取二点法实现对探测器的 非线性失真的调整和处理，减少由此带来的探测误差。另一方面，采用反馈方式将目标环境 场内的点温度测量与热场数据采集结合起来。通过研究定点温度与两维热场温度数据的比 较和关联关系，建立整个热场数据的温度标定模型。为动态红外探测技术的温场数据标定 提供可靠和有效的解决方案。(3)基于非线性算法的温度_图像变换在温场的可视化过程中，温场的可视图像的建立是建立在既满足人们对可见光景 物的观测习惯，同时也符合和遵循热辐射固有数据特征的基础上。而采用基于非线性的算 法，就是有效地来解决二者的有机融合。 (4)温场数据的时基数据库研究与建立对温场-时基数据库的研究与开发，是将二维热场数据与时标基准相关联，形成 时基-温场数据库。它实现了对环境和目标物的温场采集与分析，更重要的是可以重建单 点或多点的温度时标函数，为设备的运行姿态分析提供了任何其他工具所不具备的分析手 段和方法。本实用新型的技术特征①热辐射_温度的双重在线标定对于红外热成像系统的要求主要考虑的是可视化效果，而对于应用于以温度参数 问核心的工业生产过程的温场数据采集监测中，对温度的稳定定、准确性具有更高的要求。 因此，采用单一的误差校正方法将不能满足实际需要。为此，本项目提出在基于二点误差校 正的基础上，建立具有外部反馈的单点多点实时校正方法。该方法将完全不同于目前手持 设备中的静态校正方法，是采用一种现场环境下的在线校正技术。为系统的监测精度和稳 定性提供了可靠地解决办法。②温度-图像变换算法温度_图像变换是为了解决温场的可视化要求。以往的温度_图像可视化的标准 是基于人们对可见光的视觉感应习惯。作为监测系统拥有一般性的可视化处理，仅仅是为 人们提供一种习惯性的感性感知。平面化的温场图像，会因为色彩或灰度的饱和性使人们 无法感受到实际温场的差异性。为此我们提出在传统的温场_图像处理的基础上，增加三 维算法，通过增加的高度维数全面再现温场的差异性。应该说，这是在红外探测技术实现温 场测量显示的创新——三维(立体)图像处理的。③温场-时基数据库温场数据是实时性的，数据采用二维记录形式。通过可视化处理可以让人们看到 温场的图形化形式。实时的温场数据是海量的，也是冗杂的。通过采用关键区域的关键数 据采集的方法，将温场数据进行分类规划管理。这是本项目提出的有一个具有创新性的技 术亮点。即，将图像化的温场数据通过有效的规划和特征值采样管理，并以数据库的形式进 行保存和处理。该创新的另一个关键点是在文昌的数据库中增加了时间元素，这为数据库中的数据平添了生命的活力。一个二维的数据集合，在时间元素 的引入下，形成了可以重建 的三维数据分析基础。这将会为系统的深度分析奠定了决定性的基础。
权利要求一种用于工业生产过程的红外温场在线监测系统，它是由红外光学镜头(1)、非制冷红外探测器(2)、信号处理�？�(3)、系统控制�？�(4)、图像输出设备(5)、网络接口�？�(6)、存储�？�(7)、以太网(8)和图像分析系统(9)组成的，其特征在于红外光学镜头(1)连接非制冷红外探测器(2)，非制冷红外探测器(2)连接信号处理�？�(3)，信号处理�？�(3)连接系统控制模块(4)，系统控制�？�(4)分别连接图像输出设备(5)、网络接口模块(6)和存储�？�(7)，网络接口�？�(6)连接以太网(8)，以太网(8)连接图像分析系统(9)。
专利摘要本实用新型提供一种采用自校正与反馈矫正技术、实现温场数据在线校准的用于工业生产过程的红外温场在线监测系统。它是由红外光学镜头、非制冷红外探测器、信号处理�？�、系统控制�？�、图像输出设备、网络接口�？�、存储模块、以太网和图像分析系统组成的，红外光学镜头连接非制冷红外探测器，非制冷红外探测器连接信号处理�？椋�信号处理�？榱�接系统控制模块，系统控制�？榉直鹆�接图像输出设备、网络接口�？楹痛娲⒛？椋�网络接口�？榱�接以太网，以太网连接图像分析系统。本实用新型创建温场-时间关系数据库，提出并研究温场数据的时基分析系统。解决产品质量监测、设备故障诊断、安全与能耗监测等问题。
文档编号G01J5/02GK201589662SQ20092024451
公开日2010年9月22日 申请日期2009年12月30日 优先权日2009年12月30日
发明者王宏民 申请人:哈尔滨万瑞光电仪器有限公司