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(diǎn)系統(tǒng)描述主要技術(shù)性能指標(biāo)供貨清單設(shè)備安裝要求附件上海德運(yùn)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(duì)國(guó)情,獨(dú)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(jìn)的同類(lèi)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(xiàn)。YL型紅外窯爐熱像儀是一種完全由計(jì)算機(jī)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(diǎn)以及自適應(yīng)掃描角度等特色技術(shù)的基礎(chǔ)上,整個(gè)系統(tǒng)更加穩(wěn)定、耐久、準(zhǔn)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(qiáng)大的在線(xiàn)耐火磚實(shí)時(shí)

2、顯示和管理系統(tǒng),進(jìn)一步幫助客戶(hù)提效節(jié)能、提高窯的運(yùn)轉(zhuǎn)率。二. 主要技術(shù)特點(diǎn):高分辨率:選用美國(guó)JUDSON紅外探測(cè)器組件12位A/D轉(zhuǎn)換,每線(xiàn)采樣1萬(wàn)點(diǎn)、圖像顯示800點(diǎn)/線(xiàn)旋窯360度,1度對(duì)應(yīng)1條線(xiàn)多項(xiàng)專(zhuān)利技術(shù)掃描角度自適應(yīng)專(zhuān)利,使設(shè)備靈活適應(yīng)各類(lèi)現(xiàn)場(chǎng)安裝掃描窗口積灰自動(dòng)檢測(cè)專(zhuān)利,有效解決測(cè)溫偏差內(nèi)臵雙黑體,保證測(cè)溫精度和長(zhǎng)期穩(wěn)定性25/30線(xiàn)/秒光學(xué)線(xiàn)掃描全天候防護(hù)罩(可選與窯轉(zhuǎn)動(dòng)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(dòng)畫(huà)顯示技術(shù)耐火磚實(shí)時(shí)三維顯示及在線(xiàn)管理軟件設(shè)備自檢功能【名詞解釋】:光學(xué)線(xiàn)掃描:采用光學(xué)棱鏡的快

3、速轉(zhuǎn)動(dòng)完成對(duì)窯胴體的掃描,25/30線(xiàn)/秒表示每秒沿筒體軸線(xiàn)(窯頭至窯尾掃描25/30條線(xiàn),故掃描周期為40/33.33毫秒。碲鎘汞:當(dāng)今世界上技術(shù)、性能最好的紅外探測(cè)器,其靈敏度高、響應(yīng)速度快,達(dá)微秒級(jí)。使用多級(jí)微型半導(dǎo)體制冷器可使探測(cè)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(zhuān)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(cè)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(guò)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(jiǎn)便,靈活適應(yīng)各種工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)。空間分辨率:空間分辨率是表證熱像儀的空間分辨物體線(xiàn)度大小本領(lǐng)的基本參數(shù)。一般情況下,用熱像儀的瞬時(shí)視

4、場(chǎng)來(lái)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(zhǎng)的能量全部吸收,是紅外測(cè)溫的參考標(biāo)準(zhǔn)。角度同步碼盤(pán):由通過(guò)安裝在回轉(zhuǎn)窯驅(qū)動(dòng)大齒圈上的傳感器信號(hào)產(chǎn)生角度同步信號(hào)的裝置,同步信號(hào)對(duì)應(yīng)360度中的每一度。熱力學(xué)模型:所有的物體,只要有溫差存在就會(huì)有熱傳導(dǎo)現(xiàn)象產(chǎn)生,熱流會(huì)從高溫部分傳導(dǎo)至低溫部分,形成一個(gè)溫度梯度。根據(jù)熱力學(xué)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(gè)熱流從窯爐內(nèi)傳導(dǎo)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(biāo)準(zhǔn)。通過(guò)OpenGL在計(jì)算機(jī)里建立一個(gè)回轉(zhuǎn)窯筒體的模型

5、,可以非常直觀(guān)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(duì)應(yīng)在筒體掃描儀中就是采樣點(diǎn)數(shù)。舉例:在25線(xiàn)/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(shí),有10000點(diǎn)的采樣點(diǎn)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(xiàn)箱、長(zhǎng)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(jī)等組成(如圖1;軟件部分主要由VKiln系統(tǒng)軟件和耐火磚實(shí)時(shí)顯示及在線(xiàn)管理軟件組成,采用了多項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)和專(zhuān)利,整體技術(shù)水平與國(guó)際同步。1. YL型紅外掃描攝像頭部 其中:紅外光學(xué)線(xiàn)掃描系統(tǒng)源自

6、資源衛(wèi)星遙測(cè)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(xué)景深長(zhǎng)的特點(diǎn),對(duì)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(cè)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(jī)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)掃描,速度25/30Hz(即每秒25/30線(xiàn),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(méi)有普通電機(jī)的電磁干擾;紅外探測(cè)器組件作為整個(gè)掃描儀的核心,紅外探測(cè)器組件部分選用了美國(guó)老牌紅外探測(cè)器生產(chǎn)商JUDSON公司的J15TE型碲鎘汞紅外探測(cè)器和低噪聲前臵放大器組件,使擁有更高的信噪比和更長(zhǎng)的使用壽命。雙黑體紅外測(cè)溫

7、技術(shù)是相對(duì)測(cè)溫的技術(shù),黑體標(biāo)準(zhǔn)源,是紅外測(cè)溫的基準(zhǔn);另外,由于碲鎘汞紅外探測(cè)器的物理性質(zhì),在長(zhǎng)期的使用過(guò)程中必然會(huì)產(chǎn)生信號(hào)的衰減,采用雙黑體技術(shù)可有效保證測(cè)溫的精度和長(zhǎng)期一致性,同時(shí)亦可通過(guò)雙黑體判斷探測(cè)器的工作狀態(tài)。硬質(zhì)紅外窗口光學(xué)系統(tǒng)積灰必然影響成像質(zhì)量和測(cè)量信號(hào),針對(duì)水泥熟料廠(chǎng)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(dá)90%的透過(guò)率,而且硬度高、不磨損、耐擦洗?；伊繖z測(cè)器檢測(cè)硬質(zhì)紅外窗口上積灰量并傳輸?shù)较到y(tǒng),系統(tǒng)對(duì)于少量積灰進(jìn)行溫度修正,大量積灰則提示進(jìn)行清潔紅外窗口。主要技術(shù)性能指標(biāo):制造廠(chǎng)名稱(chēng)及地址:上海德運(yùn)光電技術(shù)有限公司規(guī)格及型號(hào):YL型紅外掃

8、描攝像頭部紅外探測(cè)器:型號(hào):美國(guó)JUDSON J15TE類(lèi)型:光電型、碲鎘汞、3級(jí)半導(dǎo)體制冷響應(yīng)波段:35微米光學(xué)線(xiàn)掃描系統(tǒng):掃描方式:光學(xué)線(xiàn)掃描掃描頻率:25/30Hz(25/30線(xiàn)/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(diǎn)發(fā)現(xiàn)<1毫弧度,溫度檢測(cè)2毫弧度測(cè)溫范圍:100500溫度分辨率:<1(200黑體測(cè)溫重復(fù)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(cè)器輸出信號(hào):每線(xiàn)(行掃描的窯筒體溫度信號(hào)行同步信號(hào)雙黑體信號(hào)黑體有效信號(hào)窗口灰量信號(hào)信號(hào)傳輸:光纜工作方式:連續(xù)工作電源:±12V,+5

9、V防護(hù)等級(jí):IP65工作環(huán)境:電源:220V環(huán)境溫度:-2545野外現(xiàn)場(chǎng):避免太陽(yáng)直射2. 攝像頭部全天候防護(hù)罩(可選主要技術(shù)性能指標(biāo):制造廠(chǎng)名稱(chēng)及地址:上海德運(yùn)光電技術(shù)有限公司規(guī)格及型號(hào):SHIELDYL結(jié)構(gòu):雙層不銹鋼帶遮陽(yáng)蓋溫控降溫風(fēng)扇和(電加熱板可選溫度開(kāi)關(guān):高溫45,(低溫-20可選電源及功耗:220V/40W防護(hù)等級(jí):IP55,防灰、防雨3. 回轉(zhuǎn)窯旋轉(zhuǎn)信息采集模塊通過(guò)安裝在回轉(zhuǎn)窯筒體、輪帶和大齒圈的多個(gè)傳感器,采集大窯的轉(zhuǎn)速、輪帶滑移量以及轉(zhuǎn)動(dòng)角度信號(hào)并通過(guò)長(zhǎng)電纜傳輸?shù)酵叫盘?hào)處理發(fā)生器上進(jìn)行處理和判斷,輸出回轉(zhuǎn)窯正常或缺損(窯慢轉(zhuǎn)或傳感器故障旋轉(zhuǎn)信號(hào)到紅外數(shù)據(jù)采集卡。傳感器采用

10、耐高溫接近開(kāi)關(guān)或限位開(kāi)關(guān),并對(duì)于窯筒體和輪帶的傳感器采取了隔熱保護(hù)措施,使之能夠長(zhǎng)期有效工作。主要技術(shù)性能指標(biāo):制造廠(chǎng)名稱(chēng)及地址:上海德運(yùn)光電技術(shù)有限公司型號(hào):KSYL傳感器:接近開(kāi)關(guān)/限位開(kāi)關(guān)采集精度:±0.2°信號(hào)輸出:回轉(zhuǎn)窯同步轉(zhuǎn)速信號(hào)、旋轉(zhuǎn)角度同步信號(hào)、窯輪帶滑移量信號(hào)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(shí)時(shí)顯示及在線(xiàn)管理軟件組成,工作在MS-WINDOWS2000/XP平臺(tái)下,亦可在LINUX平臺(tái)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(jì)錄及回顧、窯皮及耐火磚厚度實(shí)時(shí)測(cè)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(xiàn)顯示800點(diǎn)型圖像顯示分辨率提高到800×360(高于DVD的500多線(xiàn)。更高的分辨率保證軸向每一個(gè)像素點(diǎn)對(duì)應(yīng)筒體上小于10公分的長(zhǎng)度,適合于大噸位生產(chǎn)線(xiàn)。圖像實(shí)時(shí)顯示、與窯旋轉(zhuǎn)角度同步刷新圖像實(shí)時(shí)顯示,旋窯360度,1度對(duì)應(yīng)1條線(xiàn),同步刷新。由于從嚴(yán)格來(lái)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(duì)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(xiàn)性化和幾何尺寸線(xiàn)性化校正保持原型軟件包的該項(xiàng)特點(diǎn),回轉(zhuǎn)窯溫度分布平面展開(kāi)圖像顯示經(jīng)過(guò)溫度線(xiàn)性化和幾何尺寸線(xiàn)性化校正,符合日常觀(guān)察習(xí)慣。多種調(diào)色板顯示圖像功能強(qiáng)大的焦

12、點(diǎn)區(qū)打開(kāi)一幅歷史圖像或采集完一幀數(shù)據(jù),焦點(diǎn)區(qū)自動(dòng)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(shí)將該點(diǎn)處的溫度數(shù)據(jù)回溯十二小時(shí)。分段焦點(diǎn)圖像放大顯示,選定區(qū)域放大顯示。靈活的矢量曲線(xiàn)繪制無(wú)論歷史曲線(xiàn),溫度曲線(xiàn)還是耐火磚/窯皮厚度截面曲線(xiàn),單擊曲線(xiàn)上的任意一點(diǎn),系統(tǒng)會(huì)給出點(diǎn)擊位臵的坐標(biāo)信息。嵌入式數(shù)據(jù)庫(kù)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(dòng)和自動(dòng)刪除,無(wú)需外臵數(shù)據(jù)庫(kù)支持(Microsoft/ Oracle/ Sybase SQL服務(wù)器。免除用戶(hù)維護(hù)數(shù)據(jù)庫(kù)的工作,由于數(shù)據(jù)庫(kù)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(kù)造成的不可控問(wèn)題實(shí)時(shí)的歷史圖

13、像數(shù)據(jù)回顧及獨(dú)立的歷史圖像數(shù)據(jù)圖形用戶(hù)界面紅窯回顧找到所定義時(shí)間段內(nèi)的第一個(gè)紅窯圖像。圖像回顧找到所定義時(shí)間段內(nèi)的第一個(gè)圖像。雙擊任意歷史曲線(xiàn)以雙擊點(diǎn)的時(shí)間值為準(zhǔn)往回尋找直到找到一個(gè)圖像數(shù)據(jù)。靈活的分段溫度報(bào)警設(shè)臵和實(shí)時(shí)檢測(cè)根據(jù)用戶(hù)的設(shè)臵最多控制16個(gè)風(fēng)扇全面的自檢能力能夠檢測(cè)黑體、行脈沖,碼盤(pán)信號(hào)、幀脈沖信號(hào)的有效性,灰量檢測(cè)單元的輸出值。1.6小時(shí)焦點(diǎn)溫度曲線(xiàn)(最多24小時(shí)2.點(diǎn)溫、波形、厚度、矩內(nèi)、矩外功能3.圖像導(dǎo)入導(dǎo)出功能(bmp格式VKiln系統(tǒng)軟件制作及版權(quán)所有:上海德運(yùn)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(shí)時(shí)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(xiàn)性化、圖像幾何線(xiàn)性校正圖像顯示:窯平面溫度展開(kāi)圖及波形圖實(shí)時(shí)焦點(diǎn)區(qū)域放大圖像及歷史曲線(xiàn)顯示,分段焦點(diǎn)區(qū)域放大顯示,選定區(qū)域放大圖像窯溫度分布實(shí)時(shí)OpenGL三維模型顯示圖窯歷史溫度曲線(xiàn)顯示、歷史記錄圖像回放溫度測(cè)量:點(diǎn)溫、波形、單溫、放大、區(qū)域、三維OpenGL溫度報(bào)警:分段高溫報(bào)警溫度設(shè)定、紅窯溫度報(bào)警設(shè)定歷史紀(jì)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(dòng)和手動(dòng)刪除獨(dú)立圖形用戶(hù)界面溫度歷史曲線(xiàn)回顧、點(diǎn)溫回顧圖像回放、紅窯回放輸出:最多16路風(fēng)扇控制信號(hào)輸出打印日?qǐng)?bào)表、打印溫度曲線(xiàn)、紅窯報(bào)警打

15、印輸出自檢:焦點(diǎn)溫度曲線(xiàn)圖像導(dǎo)入導(dǎo)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(duì)于筒體圓周方向，攝像頭位置的選址（如圖 4.1） ： 由于紅外線(xiàn)也是光，具有直線(xiàn)傳遞的特點(diǎn)，因此選擇攝像頭在哪個(gè)方向時(shí)， 重要的是保證設(shè)備有一個(gè)良好的“視野”，避開(kāi)各種遮擋； 應(yīng)避開(kāi)三次風(fēng)管的一側(cè)，安裝在工作走廊的一側(cè)； 避免陽(yáng)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(xiàn)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(shí)避免窯側(cè)工作走廊上風(fēng)扇、路燈等的遮擋。 圖 4.1 在筒體軸線(xiàn)方向，攝像頭

16、位置的選擇（如圖 4.2） ： 攝像頭在筒體軸線(xiàn)方向位臵的選擇可視用戶(hù)要求檢測(cè)筒體部位和檢測(cè)段 的長(zhǎng)度而定。一般檢測(cè)部位選擇窯全程或窯頭這邊的燒成帶；檢測(cè)段長(zhǎng)度與 攝像頭到筒體垂直距離和攝像頭視場(chǎng)范圍q有關(guān)，一般可通過(guò)計(jì)算攝像頭到筒 體垂直距離結(jié)合檢測(cè)長(zhǎng)度得出。 到筒體垂直距離的計(jì)算： 圖 4.2 上海德運(yùn)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(diǎn)為攝像頭，A 點(diǎn)為窯頭位臵，AB=（X1+X2）為攝像頭 掃描的范圍，即進(jìn)行溫度測(cè)量的范圍，亦即對(duì)應(yīng)于 PC 機(jī)顯示熱圖像的區(qū)域， C 點(diǎn)為攝像頭到窯的垂點(diǎn)，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(jì)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(shí)際應(yīng)用進(jìn)行平衡處理。 Y 的值不能取得太大，因?yàn)閽呙杈€(xiàn)上最小可分辨尺寸（空間分辨率） ，稱(chēng)為測(cè) 量直徑，約為 Y 的 2/1000，所以，取大的距離會(huì)增大筒體測(cè)量范圍，但也帶 來(lái)測(cè)量點(diǎn)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(chǎng)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(hù)可與生產(chǎn)廠(chǎng)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(zhǎng)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(yùn)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(gè)小 屋用以放臵攝像頭和電纜接線(xiàn)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×