[发明专利]锅炉主蒸汽管道宏观位移的非接触式在线测量方法及装置

权利要求书

1.一种锅炉主蒸汽管道宏观位移的非接触式在线测量方法，所述的锅炉主蒸汽管道通过包括若干与管道垂直的弹性支吊架悬吊，其特征是：所述方法包括以下步骤：

步骤S1，设立分别以所述锅炉主蒸汽管道中心线和选定的弹性支吊架为Y、Z轴、二轴交点为坐标系原点的空间坐标系(X，Y，Z)；

步骤S2，将弹性支吊架简化为上、下两节刚性杆和中间一节弹簧，在下节刚性杆上分别设立两个标记点A₁与A₂；

步骤S3，在所述弹性支吊架附近，非接触地设立专用支架固定双目高清摄像机，双目高清摄像机拍摄方向正对于各标记点，双目高清摄像机通过无线网桥连接一主控机；

步骤S4，在锅炉主蒸汽管道因高温蠕变出现宏观位移前，主控机得到由双目高清摄像机获取的二维数字图像后，对双目高清摄像机进行标定，建立有效的成像模型，获取双目高清摄像机的内外参数，然后对标记点、管道边缘进行识别和提取，最后进行立体匹配，采用三维重建算法获取所述标记点在所设空间坐标系中的空间坐标，设为A₁(0，0,z₁)与A₂(0，0,z₂)；

步骤S5，当锅炉主蒸汽管道因高温蠕变出现宏观位移时，同样可得到标记点在空间坐标系中的坐标，设为A′₁(x′₁，y′₁,z′₁)与A′₂(x′₂，y′₂,z′₂)；

步骤S6，建立弹性支吊架下节直线l₁在所建空间坐标系中的直线方程式：

$\frac{x-x_1^{\′}}{x_2^{\′}-x_1^{\′}}=\frac{y-y_1^{\′}}{y_2^{\′}-y_1^{\′}}=\frac{z-z_1^{\′}}{z_2^{\′}-z_1^{\′}}---\left(1\right);$

步骤S7，根据锅炉主蒸汽管道不包含管道隔热层的外表面在所建空间坐标系中的圆柱体曲线方程，即：

x²+z²＝r² (2)；

上式中，r为圆柱体管道半径，结合直线l₁方程与锅炉主蒸汽管道外表面的曲线方程，得到直线l₁方程与锅炉主蒸汽管道外表面的交点B′的X、Z坐标为：

$X=\frac{t\sqrt{(r^2-a^2)(t^2+1)+t^2{a}^2}+1}{t^2+1}---\left(3\right);$

$z=\frac{t\sqrt{(r^2-a^2)(t^2+1)+t^2{a}^2}-ta}{t^2+1}---\left(4\right);$

上式中，

将x、z坐标代入直线l₁方程，求得Y坐标，即：

$y=(\frac{t\sqrt{(r^2-a^2)(t^2+1)+t^2{a}^2}+1}{t^2+1}-x_1^{\′})\frac{y_2^{\′}-y_1^{\′}}{x_2^{\′}-x_1^{\′}}+y_1^{\′}---\left(5\right);$

B′点是由B(0,0,r)管道蠕变后所得，B点为弹性支吊架下节刚性杆延长线与锅炉主蒸汽管道外表面的交点；

因此，锅炉主蒸汽管道因高温蠕变在X、Y、Z三个方向的宏观位移为：

$dx=\left|\frac{t\sqrt{(r^2-a^2)(t^2+1)+t^2{a}^2}+1}{t^2+1}\right|---\left(6\right);$

$dy=|(\frac{t\sqrt{(r^2-a^2)(t^2+1)+t^2{a}^2}+1}{t^2+1}-x_1^{\′})\frac{y_2^{\′}-y_1^{\′}}{x_2^{\′}-x_1^{\′}}+y_1^{\′}|---\left(7\right);$

$dz=(\frac{t\sqrt{(r^2-a^2)(t^2+1)+t^2{a}^2}-ta}{t^2+1}-r|---\left(8\right);$

考虑图像测量算法所带来的误差，各个方向的实际宏观位移dx′、dy′、dz′可表示为：

dx′＝dx+e_x (9)；

dy′＝dy+e_y (10)；

dz′＝dz+e_z (11)；

其中e_x、e_y、e_z为误差修正因子，具体数值通过实测数据进行修正得到，从而准确计算出锅炉主蒸汽管道在各个方向的宏观位移。