[发明专利]高温熔渣在线视觉监测系统和方法

说明书

本发明涉及高温熔渣在线视觉监测系统和方法。包括：高温内窥镜伸入气化炉中，并将高温熔渣成像至工业相机成像面上；工业相机在线采集位于气化炉内壁熔融状态下的熔渣流动图像并传输至工控机；在工控机中的熔渣液体黏度测量程序通过图像采集、计算速度场、估计黏度三个步骤进行速度场和黏度的在线监测；用户通过图形用户界面与程序交互；监测结果输出给气化炉控制设备。本发明通过将高温熔渣运动场的估计问题转化为对连续视频光流场的估计问题，实现了高温熔渣流速在线估计，从而实时监测高温熔渣的流动性，为气化炉液态排渣过程提供依据，以保障气化炉的正常运行。

技术领域

本发明属于机器视觉领域，具体说是一种高温熔渣在线视觉检测系统和方法。

背景技术

我国是世界上少数几个以煤炭为主要能源的国家，是世界上最大的煤炭生产国和消费国。煤气化是实现煤炭清洁、高效转化的重要技术，也是现代煤化工的关键技术和龙头技术。在实际运行中，熔渣的流动性是保证气化炉液态排渣和稳定运行最重要的参数。因此，及时准确的获得气化炉运行条件下熔渣的真实流动性对气化炉的长期稳定运行具有重要的意义。

依据《煤灰黏度的测定方法》(GB/T 31424-2015)，目前现有的测量技术是利用高温旋转黏度计，将离线测定的黏度作为描述熔渣流动性的参数，但无法实时观测气化炉内高温熔渣的流动性。高温气化条件下熔渣速度场和黏度在线检测在国内外还是一个空白，这使得在气化炉运行时无法实时获得气化操作中的熔渣流动性，这对气化炉的长期稳定运行有着不利影响。

发明内容

为实时监测熔渣流动性，本发明提供一种在线速度场和黏度监测系统。该系统实时采集熔渣流动图像，并计算出其速度场和黏度信息，实现了对高温熔渣的在线实时测量，最终为气化炉的平稳运行提供了保障。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：一种高温熔渣在线视觉监测系统，包括高温内窥镜、工业相机、工控机，所述高温内窥镜的输出光路上设有工业相机，所述工业相机与工控机通信；

高温内窥镜，用于传导光线并形成熔渣流动图像；

工业相机，用于采集气化炉内壁熔融状态下的熔渣流动图像；

工控机，用于根据熔渣流动图像实现高温熔渣速度场、黏度的在线监测。

所述高温内窥镜通过C、SC或M接口与工业相机连接，工业相机通过千兆以太网、USB2.0或USB3.0通信接口与工控机相连。

所述高温内窥镜包括：内窥镜通光管、内窥镜、棱镜；所述内窥镜通光管末端伸入置于气化炉中，通过棱镜将气化炉内壁的熔渣影像反射至内窥镜通光管内，内窥镜通光管经内部设有的内窥镜传导光线并成像到与入口端连接的工业相机中，以用于实现气化炉内的光学成像。

所述工业相机以不低于30帧/秒的速率，不低于一百万像素的分辨率采集连续视频信息并实时传输至工控机。

所述连续视频信息是指由气化炉内熔渣的实时图像组成的视频信息，图像内高温熔融状态的煤渣成像为明亮的背景，其内混有的杂质颗粒成像为黑灰色的斑点。

一种高温熔渣在线视觉监测方法，包括以下步骤：

高温内窥镜传导光线并形成熔渣流动图像；

工业相机采集气化炉内壁熔融状态下的熔渣流动图像；

工控机根据熔渣流动图像实现高温熔渣速度场、黏度的在线监测。

采用帧间差分法、背景减除法、光流法中的一种实现高温熔渣速度场、黏度的在线监测。

采用光流法实现高温熔渣速度场、黏度的在线监测，包括以下步骤：

图像采集：采集熔渣液体的流动图像；

计算光流场：通过光流方法计算光流场；