一种基于特殊红外光谱波段的铁水测温装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于特殊红外光谱波段的铁水测温装置，包括光学镜头以及与光学镜头连接的图像处理模块，其中光学镜头包括特谱光学镜头和普通光学镜头，特谱光学镜头用于从第一角度采集高炉铁水光信号的特谱，普通光学镜头用于从第二角度采集高炉铁水光信号的普通近红外波段，图像处理模块，用于根据特谱和普通近红外波段获得铁水测温值，解决了现有高炉铁水温度测量精度低的技术问题，通过提取高炉铁水光信号中受粉尘影响小的窄红外光谱波段，克服了铁水测温过程中的粉尘干扰，不仅能提高铁水测温精度，而且避免了由于受粉尘干扰导致无法实时连续测温的现象，从而能实现对铁水的连续稳定测温。

【技术实现步骤摘要】
一种基于特殊红外光谱波段的铁水测温装置
本专利技术主要涉及铁水测温
，特指一种基于特殊红外光谱波段的铁水测温装置。
技术介绍
高炉炼铁是把铁矿石还原成生铁的连续生产过程。铁矿石、焦炭和熔剂等固体原料按规定配料比由炉顶装料装置分批送入高炉，形成交替分层结构。矿石料在下降过程中逐步被还原、熔化成铁和渣，聚集在炉缸中，定期从铁口、渣口放出，在这个过程中，炉内的温度是反应正常出铁的重要参数。但由于炉内高温高压、高粉尘、密闭的恶劣环境，炉内温度很难直接连续测得。因此，现场技术人员只能通过检测出铁口铁水温度来间接判断炉内温度。以便于调节高炉炉况及保障铁水在后续工艺生产过程中具有合适的冶炼条件。目前，对于铁水温度的直接检测主要有热电偶直接测温和红外测温：1)热电偶测温虽然可以直接的检测铁水的温度，但是热电偶直接测温需要现场操作人员拿着热电偶在出铁场直接测温，操作人员劳动强度大并存在一系列安全隐患。若测温数据采集不及时，难以实现实时的在线测量，同时测温数据直接受到操作人员的操作经验、操作手法等主观因素的影响。2)红外测温装置虽然可以实时监测铁水温度，节省人力，但由于受潮湿、炮泥质量、自然风等各种因素影响，出铁口视线常常被灰尘、烟雾和蒸汽的严重阻挡，甚至完全阻挡。这种恶劣环境对于现有的红外测温装置产生极大不可消除的干扰，使得其无法精确得到实时的温度数据。因此，虽然现有诸多成熟的测温装置，但受高炉炉前出铁口复杂多变的恶劣环境的影响，现有的测温方法难以实现连续实时的检测铁口铁水温度，不能准确有效的反应炉内温度，使得测量的铁水温度难以表征高炉的运行状况。专利公布号CN101545808A专利技术专利是一种铁水流体的裂纹温度红外辐射测量系统。其测温方式是通过一种非接触式的比色红外辐射测温计。主要工作原理为通过测量被测物红外辐射中相邻波段的能量大小来确定被测物的温度,因此它受物体表面发射率影响小,并在一定程度上拥有良好的抗灰尘、烟雾、水汽等能力,比单色测温仪具有明显的优越性。但当空间布满烟雾的情况下，严重影响两个对比红外光的传播时，其测量的数据将被处理成低温无效数据。事实上在铁水刚出铁口的位置处常常受严重的烟尘影响着。因此，此装置会因长时间检测无效数据温度数据出现数据丢失，从而达不到实时连续的测量温度数据的效果，甚至长时间无法得到准确的温度数据。所以，该装置无法测量铁水刚流出铁口时的温度，其往往安装测量在下游铁水从铁沟进溜槽前时的温度。这个位置相对铁水刚流出铁口的粉尘环境更好，更易测得有效数据。然后通过流动“散热”温度差ΔT估算铁水实际温度，但这样测得的数据并非铁水的真实温度。专利公布号CN203320040U技术专利是一种新型高炉冶炼铁水的温度检测装置。其通过预制耐高温、耐冲刷材料的空管，使得可以将安装有反吹冷却装置的激光测温仪插入流动的铁水之中，直接测量铁水的内部温度。但这种直接将装置插入铁水的测量方式依然受到使用寿命的影响，仅仅满足一段时间内的准确测量。一、若该装置仅仅用于代替热电偶工作，那么仍然无法解决传统测温所带来的诸多问题，如技术人员的劳力问题，以及无法实时检测铁水温度数据等等。二、若将该装置安装在出铁口那种极其恶劣的高温环境中，对于如何将数据传输到后端处理设备也是极难解决的一个问题，需要架设长距离的耐高温传输线路或者做诸多传输装置的冷却处理等等一系列问题。最为重要的是，如果测温设备一旦在出铁口处损坏，数据出现异常，在高炉顺产铁水的情况下，无法做到及时检修和更换测量装置，从而影响正常生产。
技术实现思路
本专利技术提供的基于特殊红外光谱波段的铁水测温装置，解决了现有高炉铁水温度测量精度低的技术问题。为解决上述技术问题，本专利技术提出的基于特殊红外光谱波段的铁水测温装置包括：光学镜头以及与光学镜头连接的图像处理模块，其中：光学镜头包括特谱光学镜头和普通光学镜头，特谱光学镜头用于从第一角度采集高炉铁水光信号的特谱，普通光学镜头用于从第二角度采集高炉铁水光信号的普通近红外波段，其中特谱为受粉尘干扰小的窄红外光谱波段，普通近红外波段为无粉尘干扰时的红外光谱波段，第一角度和第二角度不同；图像处理模块，用于根据特谱和普通近红外波段获得铁水测温值。进一步地，特谱光学镜头包括红外带通滤波片、与红外带通滤波片依次连接的硫系玻璃、波段可调滤波片以及特谱探测器，其中：红外带通滤波片，用于从第一角度采集从高炉铁水光信号中分离出的红外光，获得分离红外光；硫系玻璃，用于对分离红外光进行光焦度；波段可调滤波片，用于通过调节波段获取光焦度后的分离红外光的特谱；特谱探测器，用于采集特谱，并根据特谱获得特谱图像，以及将特谱图像发送给图像处理模块。进一步地，图像处理模块包括铁水流股区域提取单元、与铁水流股区域提取单元依次连接的局部非均值滤波单元、测温图像获取单元以及卡尔曼滤波融合单元，其中：铁水流股区域提取单元，用于通过Canny边缘检测算法提取特谱图像的第一铁水流股区域，以及提取普通近红外图像的第二铁水流股区域，其中普通近红外图像为普通光学镜头中的普通近红外光探测器根据普通近红外波段获得的图像；滤波单元，用于对第一铁水流股区域进行滤波，获得第一滤波图像，以及对第二铁水流股区域进行滤波，获得第二滤波图像；测温图像获取单元，用于根据第一滤波图像获得特谱测温图像，以及根据第二滤波图像获得普通近红外测温图像；卡尔曼滤波融合单元，用于对特谱测温图像和普通近红外测温图像进行卡尔曼滤波融合，获得融合温度分布图像，并根据融合温度分布图像获得铁水测温值。进一步地，卡尔曼滤波融合单元包括先验估计协方差计算子单元、与先验估计协方差计算子单元依次连接的置信度计算子单元、融合温度分布图像获取子单元以及融合温度方差更新子单元，其中：先验估计协方差计算子单元，用于根据普通近红外测温图像的方差以及上一时刻的融合温度方差，计算先验估计协方差；置信度计算子单元，用于根据先验估计协方差和特谱测温图像的方差，计算特谱测温图像中测温值的置信度；融合温度分布图像获取子单元，用于根据特谱测温图像、普通近红外测温图像以及置信度获取融合温度分布图像；融合估计方差更新子单元，用于根据融合温度分布图像更新融合温度方差。进一步地，融合温度分布图像获取子单元获取融合温度分布图像的计算公式具体为：其中，表示融合温度分布图像，表示特谱测温图像，yk表示普通近红外测温图像，Kk表示特谱测温图像中测温值的置信度，且其中表示先验估计协方差，R表示特谱测温图像的方差。进一步地，滤波单元包括梯度分类子单元和非局部均值滤波子单元，其中：梯度分类子单元，用于根据第一铁水流股区域的梯度向量和第一预设阈值将第一铁水流股区域的像素分成第一大梯度像素和第一小梯度像素，以及根据第二铁水流股区域的梯度向量和第二预设阈值将第二铁水流股区域的像素分成第二大梯度像素和第二小梯度像素；非局部均值滤波子单元，用于对第一大梯度像素进行非局部均值滤波，从而获得第一滤波图像，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于特殊红外光谱波段的铁水测温装置，其特征在于，所述铁水测温装置包括光学镜头以及与所述光学镜头连接的图像处理模块(50)，其中：/n所述光学镜头包括特谱光学镜头(10)和普通光学镜头(20)，所述特谱光学镜头(10)用于从第一角度采集高炉铁水光信号的特谱，所述普通光学镜头(20)用于从第二角度采集所述高炉铁水光信号的普通近红外波段，其中所述特谱为受粉尘干扰小的窄红外光谱波段，所述普通近红外波段为无粉尘干扰时的红外光谱波段，所述第一角度和所述第二角度不同；/n所述图像处理模块(50)，用于根据所述特谱和所述普通近红外波段获得铁水测温值。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于特殊红外光谱波段的铁水测温装置，其特征在于，所述铁水测温装置包括光学镜头以及与所述光学镜头连接的图像处理模块(50)，其中：
所述光学镜头包括特谱光学镜头(10)和普通光学镜头(20)，所述特谱光学镜头(10)用于从第一角度采集高炉铁水光信号的特谱，所述普通光学镜头(20)用于从第二角度采集所述高炉铁水光信号的普通近红外波段，其中所述特谱为受粉尘干扰小的窄红外光谱波段，所述普通近红外波段为无粉尘干扰时的红外光谱波段，所述第一角度和所述第二角度不同；
所述图像处理模块(50)，用于根据所述特谱和所述普通近红外波段获得铁水测温值。


2.根据权利要求1所述的基于特殊红外光谱波段的铁水测温装置，其特征在于，所述特谱光学镜头(10)包括红外带通滤波片(101)、与所述红外带通滤波片(101)依次连接的硫系玻璃(102)、波段可调滤波片(103)以及特谱探测器(104)，其中：
所述红外带通滤波片(101)，用于从第一角度采集从高炉铁水光信号中分离出的红外光，获得分离红外光；
所述硫系玻璃(102)，用于对所述分离红外光进行光焦度；
所述波段可调滤波片(103)，用于通过调节波段获取光焦度后的分离红外光的特谱；
所述特谱探测器(104)，用于采集所述特谱，并根据所述特谱获得特谱图像，以及将所述特谱图像发送给所述图像处理模块(50)。


3.根据权利要求2所述的基于特殊红外光谱波段的铁水测温装置，其特征在于，所述图像处理模块(50)包括铁水流股区域提取单元、与所述铁水流股区域提取单元依次连接的局部非均值滤波单元、测温图像获取单元以及卡尔曼滤波融合单元，其中：
所述铁水流股区域提取单元，用于通过Canny边缘检测算法提取所述特谱图像的第一铁水流股区域，以及提取普通近红外图像的第二铁水流股区域，其中所述普通近红外图像为所述普通光学镜头(20)中的普通近红外光探测器根据所述普通近红外波段获得的图像；
所述滤波单元，用于对所述第一铁水流股区域进行滤波，获得第一滤波图像，以及对所述第二铁水流股区域进行滤波，获得第二滤波图像；
所述测温图像获取单元，用于根据所述第一滤波图像获得特谱测温图像，以及根据所述第二滤波图像获得普通近红外测温图像；
所述卡尔曼滤波融合单元，用于对所述特谱测温图像和所述普通近红外测温图像进行卡尔曼滤波融合，获得融合温度分布图像，并根据所述融合温度分布图像获得铁水测温值。


4.根据权利要求3所述的基于特殊红外光谱波段的铁水测温装置，其特征在于，所述卡尔曼滤波融合单元包括先验估计协方差计算子单元、与所述先验估计协方差计算子单元依次连接的置信度计算子单元、融合温度分布图像获取子单元以及融合温度方差更新子单元，其中：
所述先验估计协方差计算子单元，用于根据所述普通近红外测温图像的方差以及上一时刻的融合温度方差，计算先验估计协方差；
所述置信度计算子单元，用于根据所述先验估计协方差和所述特谱测温图像的方差，计算所述特谱测温图像中测...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋朝辉，吴名广，李端发，桂卫华，徐勇，肖鹏，何磊，
申请(专利权)人：中南大学，合肥金星机电科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南;43