YL-V型紅外窯爐熱像儀系統(tǒng)技術(shù)文本

1、YL型紅外窯爐熱像儀系統(tǒng)技術(shù)文本概述主要技術(shù)特點系統(tǒng)描述主要技術(shù)性能指標供貨清單設(shè)備安裝要求附件上海德運光電技術(shù)有限公司2007年3月發(fā)布一. 概述YL型紅外窯爐熱像儀系統(tǒng)是本公司針對國情,獨立研制生產(chǎn)的回轉(zhuǎn)窯胴體溫度掃描裝臵儀,是原YL、型的下一代產(chǎn)品,與目前世界上最先進的同類產(chǎn)品并駕齊驅(qū),適于大噸位(4000t/d以上回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)線。YL型紅外窯爐熱像儀是一種完全由計算機操作、全部數(shù)字化處理的智能化儀器。于原YL、型產(chǎn)品相比,在保留結(jié)構(gòu)精巧、穩(wěn)定可靠特點以及自適應(yīng)掃描角度等特色技術(shù)的基礎(chǔ)上,整個系統(tǒng)更加穩(wěn)定、耐久、準確和智能化,不僅可有效防止紅窯、控制結(jié)圈,而且特別新增了強大的在線耐火磚實時

2、顯示和管理系統(tǒng),進一步幫助客戶提效節(jié)能、提高窯的運轉(zhuǎn)率。二. 主要技術(shù)特點:高分辨率:選用美國JUDSON紅外探測器組件12位A/D轉(zhuǎn)換,每線采樣1萬點、圖像顯示800點/線旋窯360度,1度對應(yīng)1條線多項專利技術(shù)掃描角度自適應(yīng)專利,使設(shè)備靈活適應(yīng)各類現(xiàn)場安裝掃描窗口積灰自動檢測專利,有效解決測溫偏差內(nèi)臵雙黑體,保證測溫精度和長期穩(wěn)定性25/30線/秒光學線掃描全天候防護罩(可選與窯轉(zhuǎn)動每一度同步顯示的角度同步技術(shù)800×360像元高清晰熱圖像,圖像分辨率小于一塊耐火磚Open GL三維動畫顯示技術(shù)耐火磚實時三維顯示及在線管理軟件設(shè)備自檢功能【名詞解釋】:光學線掃描:采用光學棱鏡的快

3、速轉(zhuǎn)動完成對窯胴體的掃描,25/30線/秒表示每秒沿筒體軸線(窯頭至窯尾掃描25/30條線,故掃描周期為40/33.33毫秒。碲鎘汞:當今世界上技術(shù)、性能最好的紅外探測器,其靈敏度高、響應(yīng)速度快,達微秒級。使用多級微型半導體制冷器可使探測器始終在低溫穩(wěn)定的環(huán)境之中工作,以發(fā)揮其最佳的性能。掃描角度自適應(yīng):(專利技術(shù)是指根據(jù)紅外窯爐熱像儀攝像頭部與要求被檢測的回轉(zhuǎn)窯筒體之間的幾何關(guān)系,采用軟硬件結(jié)合的方法,通過軟件控制硬件數(shù)據(jù)的采集,能夠保持統(tǒng)一的掃描精度,使設(shè)備的安裝簡便,靈活適應(yīng)各種工業(yè)現(xiàn)場?？臻g分辨率:空間分辨率是表證熱像儀的空間分辨物體線度大小本領(lǐng)的基本參數(shù)。一般情況下,用熱像儀的瞬時視

4、場來表示空間分辨率,以毫弧度(mrad作單位。黑體:就是指這樣一種物體,他能夠在任何溫度下將輻射到它表面上任何波長的能量全部吸收,是紅外測溫的參考標準。角度同步碼盤:由通過安裝在回轉(zhuǎn)窯驅(qū)動大齒圈上的傳感器信號產(chǎn)生角度同步信號的裝置,同步信號對應(yīng)360度中的每一度。熱力學模型:所有的物體,只要有溫差存在就會有熱傳導現(xiàn)象產(chǎn)生,熱流會從高溫部分傳導至低溫部分,形成一個溫度梯度。根據(jù)熱力學定律分析回轉(zhuǎn)窯的幾何特征,耐火材料特性以及工藝流程,就可以建立一個熱流從窯爐內(nèi)傳導至表面的仿真模型。OpenGL:是一種到圖形硬件的軟件接口,現(xiàn)已成為3D圖形的標準。通過OpenGL在計算機里建立一個回轉(zhuǎn)窯筒體的模型

5、,可以非常直觀的再現(xiàn)窯筒體表面溫度分布和窯內(nèi)耐火襯的形狀。最高采樣數(shù)率:指數(shù)據(jù)采集卡內(nèi)A/D轉(zhuǎn)換的速度,對應(yīng)在筒體掃描儀中就是采樣點數(shù)。舉例:在25線/秒掃描速度、90度掃描角度的情況下,YL型在采樣數(shù)率為1M/s時,有10000點的采樣點數(shù)。三. 系統(tǒng)描述(一.YL-紅外窯爐熱像儀系統(tǒng)組成 YL-紅外窯爐熱像儀系統(tǒng)硬件部分主要由紅外攝像頭部、接線箱、長光纜、回轉(zhuǎn)窯旋轉(zhuǎn)信息采集模塊、紅外圖像采集卡和工控機等組成(如圖1;軟件部分主要由VKiln系統(tǒng)軟件和耐火磚實時顯示及在線管理軟件組成,采用了多項先進技術(shù)和專利,整體技術(shù)水平與國際同步。1. YL型紅外掃描攝像頭部 其中:紅外光學線掃描系統(tǒng)源自

6、資源衛(wèi)星遙測技術(shù),采用大口徑45度角楔形旋轉(zhuǎn)反射鏡,具有接收能量大、聚焦范圍廣、光學景深長的特點,對于72米的回轉(zhuǎn)窯,可在110度的自適應(yīng)掃描角度范圍內(nèi)保證窯頭到窯尾圖像的清晰,配合紅外探測器組件,在窯尾末端角度最大處亦可分辨小于10厘米的耐火磚;反射鏡由高精度電機帶動旋轉(zhuǎn)掃描,速度25/30Hz(即每秒25/30線,適應(yīng)最快至5轉(zhuǎn)/分鐘的回轉(zhuǎn)窯,穩(wěn)定高效、發(fā)熱量少而且沒有普通電機的電磁干擾;紅外探測器組件作為整個掃描儀的核心,紅外探測器組件部分選用了美國老牌紅外探測器生產(chǎn)商JUDSON公司的J15TE型碲鎘汞紅外探測器和低噪聲前臵放大器組件,使擁有更高的信噪比和更長的使用壽命。雙黑體紅外測溫

7、技術(shù)是相對測溫的技術(shù),黑體標準源,是紅外測溫的基準;另外,由于碲鎘汞紅外探測器的物理性質(zhì),在長期的使用過程中必然會產(chǎn)生信號的衰減,采用雙黑體技術(shù)可有效保證測溫的精度和長期一致性,同時亦可通過雙黑體判斷探測器的工作狀態(tài)。硬質(zhì)紅外窗口光學系統(tǒng)積灰必然影響成像質(zhì)量和測量信號,針對水泥熟料廠的高粉塵環(huán)境,YL型頭部采用高分子材料的硬質(zhì)紅外窗口,不僅在紅外特征波段有高達90%的透過率,而且硬度高、不磨損、耐擦洗。灰量檢測器檢測硬質(zhì)紅外窗口上積灰量并傳輸?shù)较到y(tǒng),系統(tǒng)對于少量積灰進行溫度修正,大量積灰則提示進行清潔紅外窗口。主要技術(shù)性能指標:制造廠名稱及地址:上海德運光電技術(shù)有限公司規(guī)格及型號:YL型紅外掃

8、描攝像頭部紅外探測器:型號:美國JUDSON J15TE類型:光電型、碲鎘汞、3級半導體制冷響應(yīng)波段:35微米光學線掃描系統(tǒng):掃描方式:光學線掃描掃描頻率:25/30Hz(25/30線/秒掃描角度:自適應(yīng),最大110°聚焦范圍:10 米空間分辨率:熱點發(fā)現(xiàn)<1毫弧度,溫度檢測2毫弧度測溫范圍:100500溫度分辨率:<1(200黑體測溫重復性:±1雙黑體:常溫黑體、250高溫黑體掃描窗口:硬質(zhì)、永不磨損掃描窗口灰量檢測器輸出信號:每線(行掃描的窯筒體溫度信號行同步信號雙黑體信號黑體有效信號窗口灰量信號信號傳輸:光纜工作方式:連續(xù)工作電源:±12V,+5

9、V防護等級:IP65工作環(huán)境:電源:220V環(huán)境溫度:-2545野外現(xiàn)場:避免太陽直射2. 攝像頭部全天候防護罩(可選主要技術(shù)性能指標:制造廠名稱及地址:上海德運光電技術(shù)有限公司規(guī)格及型號:SHIELDYL結(jié)構(gòu):雙層不銹鋼帶遮陽蓋溫控降溫風扇和(電加熱板可選溫度開關(guān):高溫45,(低溫-20可選電源及功耗:220V/40W防護等級:IP55,防灰、防雨3. 回轉(zhuǎn)窯旋轉(zhuǎn)信息采集模塊通過安裝在回轉(zhuǎn)窯筒體、輪帶和大齒圈的多個傳感器,采集大窯的轉(zhuǎn)速、輪帶滑移量以及轉(zhuǎn)動角度信號并通過長電纜傳輸?shù)酵叫盘柼幚戆l(fā)生器上進行處理和判斷,輸出回轉(zhuǎn)窯正?；蛉睋p(窯慢轉(zhuǎn)或傳感器故障旋轉(zhuǎn)信號到紅外數(shù)據(jù)采集卡。傳感器采用

10、耐高溫接近開關(guān)或限位開關(guān),并對于窯筒體和輪帶的傳感器采取了隔熱保護措施,使之能夠長期有效工作。主要技術(shù)性能指標:制造廠名稱及地址:上海德運光電技術(shù)有限公司型號:KSYL傳感器:接近開關(guān)/限位開關(guān)采集精度:±0.2°信號輸出:回轉(zhuǎn)窯同步轉(zhuǎn)速信號、旋轉(zhuǎn)角度同步信號、窯輪帶滑移量信號工作電源:24V(二.軟件YL-紅外窯爐熱像儀系統(tǒng)軟件部分主要由VKiln系統(tǒng)軟件和耐火磚實時顯示及在線管理軟件組成,工作在MS-WINDOWS2000/XP平臺下,亦可在LINUX平臺下工作,包含熱圖像顯示、窯轉(zhuǎn)速和輪帶位移(輪帶滑移量顯示、歷史紀錄及回顧、窯皮及耐火磚厚度實時測量顯示等功能。VKi

11、ln的軟件特性:高分辨率圖像,每條掃描線顯示800點型圖像顯示分辨率提高到800×360(高于DVD的500多線。更高的分辨率保證軸向每一個像素點對應(yīng)筒體上小于10公分的長度,適合于大噸位生產(chǎn)線。圖像實時顯示、與窯旋轉(zhuǎn)角度同步刷新圖像實時顯示,旋窯360度,1度對應(yīng)1條線,同步刷新。由于從嚴格來講,回轉(zhuǎn)窯不是勻速旋轉(zhuǎn)的,采用角度同步刷新的技術(shù)可以完全使圖像與窯筒體一一對應(yīng),也為窯皮、耐火磚的有限元分析創(chuàng)造了必要條件。溫度線性化和幾何尺寸線性化校正保持原型軟件包的該項特點,回轉(zhuǎn)窯溫度分布平面展開圖像顯示經(jīng)過溫度線性化和幾何尺寸線性化校正,符合日常觀察習慣。多種調(diào)色板顯示圖像功能強大的焦

12、點區(qū)打開一幅歷史圖像或采集完一幀數(shù)據(jù),焦點區(qū)自動或人工定位于整幅圖像的最熱處,并在放大區(qū)中放大顯示,同時將該點處的溫度數(shù)據(jù)回溯十二小時。分段焦點圖像放大顯示,選定區(qū)域放大顯示。靈活的矢量曲線繪制無論歷史曲線,溫度曲線還是耐火磚/窯皮厚度截面曲線,單擊曲線上的任意一點,系統(tǒng)會給出點擊位臵的坐標信息。嵌入式數(shù)據(jù)庫管理VKiln直接處理DBMS核心,數(shù)據(jù)采用文件管理方式,更方便、快捷,數(shù)據(jù)可以手動和自動刪除,無需外臵數(shù)據(jù)庫支持(Microsoft/ Oracle/ Sybase SQL服務(wù)器。免除用戶維護數(shù)據(jù)庫的工作,由于數(shù)據(jù)庫管理內(nèi)臵,所以不可能出現(xiàn)數(shù)據(jù)死鎖等外部數(shù)據(jù)庫造成的不可控問題實時的歷史圖

13、像數(shù)據(jù)回顧及獨立的歷史圖像數(shù)據(jù)圖形用戶界面紅窯回顧找到所定義時間段內(nèi)的第一個紅窯圖像。圖像回顧找到所定義時間段內(nèi)的第一個圖像。雙擊任意歷史曲線以雙擊點的時間值為準往回尋找直到找到一個圖像數(shù)據(jù)。靈活的分段溫度報警設(shè)臵和實時檢測根據(jù)用戶的設(shè)臵最多控制16個風扇全面的自檢能力能夠檢測黑體、行脈沖,碼盤信號、幀脈沖信號的有效性,灰量檢測單元的輸出值。1.6小時焦點溫度曲線(最多24小時2.點溫、波形、厚度、矩內(nèi)、矩外功能3.圖像導入導出功能(bmp格式VKiln系統(tǒng)軟件制作及版權(quán)所有:上海德運光電技術(shù)有限公司版本信息:Model 2003, Windows 2000/XP基本功能:熱圖像實時顯示、角度

14、同步刷新(與窯旋轉(zhuǎn)角度同步熱圖像象元數(shù):800×360溫度顯示:100500溫度線性化、圖像幾何線性校正圖像顯示:窯平面溫度展開圖及波形圖實時焦點區(qū)域放大圖像及歷史曲線顯示,分段焦點區(qū)域放大顯示,選定區(qū)域放大圖像窯溫度分布實時OpenGL三維模型顯示圖窯歷史溫度曲線顯示、歷史記錄圖像回放溫度測量:點溫、波形、單溫、放大、區(qū)域、三維OpenGL溫度報警:分段高溫報警溫度設(shè)定、紅窯溫度報警設(shè)定歷史紀錄及回顧:數(shù)據(jù)采用文件管理方式,更方便、快捷,可以自動和手動刪除獨立圖形用戶界面溫度歷史曲線回顧、點溫回顧圖像回放、紅窯回放輸出:最多16路風扇控制信號輸出打印日報表、打印溫度曲線、紅窯報警打

15、印輸出自檢:焦點溫度曲線圖像導入導出功能四. 系統(tǒng)供貨清單YL-型紅外窯爐熱像儀系統(tǒng)供貨清單 YL-型紅外窯爐熱像儀技術(shù)文本 五.紅外攝像頭選址和設(shè)備安裝要求 相對于筒體圓周方向，攝像頭位置的選址（如圖 4.1） ： 由于紅外線也是光，具有直線傳遞的特點，因此選擇攝像頭在哪個方向時， 重要的是保證設(shè)備有一個良好的“視野”，避開各種遮擋； 應(yīng)避開三次風管的一側(cè)，安裝在工作走廊的一側(cè)； 避免陽光直接照射在攝像頭的掃描窗口上； 小屋的高度最好比窯的中心線偏高 2 米左右，使紅外攝像頭的安裝角度略往 下傾斜，以避免窗口積灰，同時避免窯側(cè)工作走廊上風扇、路燈等的遮擋。 圖 4.1 在筒體軸線方向，攝像頭

16、位置的選擇（如圖 4.2） ： 攝像頭在筒體軸線方向位臵的選擇可視用戶要求檢測筒體部位和檢測段 的長度而定。一般檢測部位選擇窯全程或窯頭這邊的燒成帶；檢測段長度與 攝像頭到筒體垂直距離和攝像頭視場范圍q有關(guān)，一般可通過計算攝像頭到筒 體垂直距離結(jié)合檢測長度得出。 到筒體垂直距離的計算： 圖 4.2 上海德運光電技術(shù)有限公司 10 YL-型紅外窯爐熱像儀技術(shù)文本 如圖 4 所示，P 點為攝像頭，A 點為窯頭位臵，AB=（X1+X2）為攝像頭 掃描的范圍，即進行溫度測量的范圍，亦即對應(yīng)于 PC 機顯示熱圖像的區(qū)域， C 點為攝像頭到窯的垂點，CP=Y 為攝像頭到窯的垂直距離。 窯爐熱像儀采用的是掃

17、描角度自適應(yīng)技術(shù)，q角最大 110 度，根據(jù) X1、 X2 和 Y 三者之間的幾何關(guān)系計算而得：q=arc Tan(X1/Y+ arc Tan(X2/Y 為保證最佳圖像質(zhì)量，X1、X2、Y 三值應(yīng)根據(jù)實際應(yīng)用進行平衡處理。 Y 的值不能取得太大，因為掃描線上最小可分辨尺寸（空間分辨率） ，稱為測 量直徑，約為 Y 的 2/1000，所以，取大的距離會增大筒體測量范圍，但也帶 來測量點直徑增大；同樣，X1、X2 也應(yīng)盡量避免取極值，如 X1=0，X2=60。 注意：如果由于受現(xiàn)場條件的限制，不可能像 圖 4 那樣安裝，這里可以建議采用另一 種傾斜的安裝方式（如將攝像頭安裝于 窯尾塔架上） （一般

18、不采用此方案） ，如 圖 4 附。其中，頭部安裝的具體位臵、 傾斜角度等參數(shù)，用戶可與生產(chǎn)廠家的 技術(shù)人員商討，求得最佳方案。 圖 4 附 【舉例】 ： 圖 5 以一條 72 米長的窯為例， 圖 5 中攝像頭位臵是比較理想的， 其掃描角度q為： q=arc Tan(X1/Y+ arc Tan(X2/Y = arc Tan(30/40+ arc Tan(42/40 =36.87+46.40 =83.27（度） 上海德運光電技術(shù)有限公司 11 YL-型紅外窯爐熱像儀技術(shù)文本 攝像頭小屋的建造要求： 如果攝像頭安裝在野外露天， 需要土建一個小 屋用以放臵攝像頭和電纜接線箱。 小屋的一般要求如下： ¨ 鋼結(jié)構(gòu)、混凝土基礎(chǔ)、承重 400 公斤； ¨ 小屋面積 1.5M× 1.5M，高 2M； ¨ 防雨、自然通風、隔熱； ¨ 內(nèi)部有照明，有門可鎖，有梯子可上下； ¨ 面向窯爐筒體方向，在小屋前方 1.5 米高度開 一個水平方向的狹縫 160× 1200mm2 （如圖 6