一种用于高温水冷壁结焦检测的探针制造技术

本实用新型专利技术公开了一种用于高温水冷壁结焦检测的探针，所述探针包括依次布置的激光光源、导光臂、光路系统和图像记录单元，所述激光光源产生的激光经由导光臂引入光路系统形成发散的入射光后通过观测窗口照射在被测水冷壁及水冷壁灰焦上，水冷壁及水冷壁灰焦反射的光经观测窗口经光路系统滤去杂光后由图像记录单元记录。该探针可以实现水冷壁结焦位置及严重程度的快速准确测量。严重程度的快速准确测量。严重程度的快速准确测量。

【技术实现步骤摘要】
一种用于高温水冷壁结焦检测的探针


[0001]本技术涉及一种高温水冷壁结焦检测诊断技术，具体涉及一种用于高温水冷壁结焦检测的探针。

技术介绍

[0002]在燃煤工业锅炉的运行中，当熔融的灰渣颗粒离开火焰加热表面而遇到水冷壁，通过冷却附着在管壁或炉壁的受热表面上，这种现象称为结焦。燃煤锅炉炉膛水冷壁结焦是影响锅炉燃烧过程的重要问题之一，它使锅炉的燃烧状态恶化，降低锅炉效率，破坏正常工质运转，造成锅炉水冷壁、过热器等设备损坏事故，严重情况还会使锅炉因焦块堆积至炉膛无法排出而事故停炉。
[0003]为了有效缓解锅炉的结焦情况，一方面可以调整燃煤品质和特性，改善原料的结焦特性，另一方面可通过燃烧调整优化、风量调整及吹灰设备的良好投入等减缓锅炉结焦。然而要想进行针对性地优化，则必须先了解实际运行中锅炉水冷壁结焦的位置及程度。
[0004]立体视觉技术可由二维图像获取三维几何信息，已经在工业测量、物体建模、视觉导航和物体识别等领域等到了广泛的应用。其中多视图立体视觉技术是在不同的视点拍摄多幅图像来恢复场景的三维信息，可以由单个相机不断移动对同一场景进行拍摄，通过运动恢复结构算法即可恢复相机的位置姿态信息以及稀疏场景结构，再结合多视图立体视觉算法就可以进行场景的稠密重建。其具有测量效率高、系统结构简单、设备成本低的特点，在复杂环境下的三维测量领域有很大的应用潜力。
[0005]目前在锅炉中判断结焦位置只能通过炉膛水冷壁四周的观火孔进行目视观察，或者通过观察炉膛温度、出口烟温和出渣分布等间接因素来大致判断锅炉的结焦程度。缺少一种能够全面准确判断锅炉水冷壁结焦位置及严重程度的方法和装置。因此，如何实现快速且全面准确的测量高温水冷壁结焦检测是目前本领域亟需解决的技术问题。

技术实现思路

[0006]本技术的目的在于提供一种用于高温水冷壁结焦检测的探针，可以实现水冷壁结焦位置及严重程度的快速准确测量。
[0007]为解决技术问题，本技术提供的如下技术方案：
[0008]一种用于高温水冷壁结焦检测的探针，所述探针包括依次布置的激光光源、导光臂、光路系统和图像记录单元，所述激光光源产生的激光经由导光臂引入光路系统形成发散的入射光后通过观测窗口照射在被测水冷壁及水冷壁灰焦上，水冷壁及水冷壁灰焦反射的光经观测窗口经光路系统滤去杂光后由图像记录单元记录。
[0009]其中，所述的导光臂为多关节旋转，结构灵活度高的高精度导光臂系统，入光端头连接激光光源出口，出光端头连接探针光路系统。
[0010]所述光路系统包括准直扩束器、布置在观测窗口下方的反射镜和平凹柱透镜；激光经由导光臂引入后依次经过准直扩束器、反射镜和平凹柱面镜后通过观测窗口照射在被
测水冷壁及水冷壁灰焦上，水冷壁及水冷壁灰焦反射的光经观测窗口后由图像记录单元记录。
[0011]本技术中，所述的准直扩束器将导光臂传来的激光进行扩束准直形成平行光，有效减少长距离传输中管壁反射的影响。
[0012]所述图像记录单元包括窄带滤光片和非晶硅红外微测辐射热计；所述水冷壁及水冷壁灰焦反射的光经观测窗口后经窄带滤光片后由非晶硅红外微测辐射热计记录。两者可根据需要调整朝向角度。
[0013]所述的反射镜为反射角度可调的反射镜，由外部控制信号控制驱动装置调整反射镜的旋转角度，波长10.6μm的光线反射率大于95％。
[0014]所述非晶硅红外微测辐射热计的分辨率为640
×
480，采集帧率可达50Hz；所述窄带滤光片设于非晶硅红外微测辐射热计前，中心波长10.6μm，透过率大于70％，带宽小于300nm。
[0015]所述激光发生单元包括二氧化碳激光器和冷却器；所述二氧化碳激光器产生中红外波长激光束，光束质量M2≤1.2，功率可在2W～100W范围内调节。
[0016]其中，冷却器，以水为冷却工质，用于冷却激光器，制冷量50W～150W，温控精度
±
1℃，能保证激光器在正常的温度下运行；激光光源设于探针开口端外部。
[0017]所述探针包括具有开口端和封闭端的长管状的中空外壳，激光光源和导光臂设于开口端；在外壳上开设一个耐高温玻璃窗口作为观测窗口；所述中空外壳内壁铺设有冷却夹套，冷却剂进出口设于开口端附近。
[0018]其中，探针开口端到观测窗口的外壳尺寸均匀，任一位置均能够适配锅炉点火孔。
[0019]所述冷却夹套为双层冷却结构，外层为冷却剂进口通道，内层为冷却剂出口通道。
[0020]本技术提供的用于高温水冷壁结焦检测的探针的使用方法，包括以下步骤：
[0021](1)将探针插入点火孔；
[0022](2)激光光源产生的中红外波长激光束经准直扩束器后成为平行光，经由反射镜和平凹柱面镜后形成发散的入射光，透过观测窗口照射在被测水冷壁上；
[0023](3)入射光将被测水冷壁区域照亮，被测水冷壁反射及散射回的物光由窄带滤光片滤去杂光后，被非晶硅红外微测辐射热计所记录；
[0024](4)通过改变探针深入点火孔的程度，实现在不同的视点坐标获得同一被测水冷壁区域不同视点的多幅图像数据；通过控制旋转探针，控制观测窗口的朝向，实现不同水冷壁区域的测量；
[0025](5)记录下的多幅图像数据传输至计算机，经多视图三维重建方法处理得到被测水冷壁表面三维形貌，进而判断炉膛高温水冷壁结焦情况。
[0026]所述步骤(1)中，所述探针设计尺寸参照锅炉点火油枪，在锅炉运行或者临停时，将所述探针装置插入点火孔，以实现在炉膛内部对水冷壁结焦位置及严重程度的测量；探针开口端到观测窗口的外壳尺寸均匀，任一位置均能够适配锅炉点火孔，探针探入深度可以自由调节。
[0027]所述步骤(4)中，根据探针探入深度的改变，探针的可调反射镜、平凹柱面镜和图像记录单元能够对应作出角度改变，使得探针在多个视点能够记录下突同一被测水冷壁区域的图像数据。
[0028]所述步骤(5)中，多视图三维重建流程包括特征提取与匹配、运动结构恢复、多视角立体匹配以及表面重建。选取基于SIFT特征的图像匹配方法实现各视图的匹配；再利用运动结构恢复技术，实现传感器的位置和姿态估计，恢复稀疏的点云模型；结合所得传感器定向信息以及密集匹配方法，构建目标空间点云；最后利用点云进行网格构建以获得表面三维形貌。
[0029]与现有技术相比，本技术的有益效果为：
[0030]本技术能够通过点火孔探入炉膛进行水冷壁的多视图测量，通过控制探针的插入深度和角度，实现水冷壁不同视点的图像测量；考虑到炉膛内部的恶劣环境，采用高能量中红外激光照射水冷壁表面，结合滤光片，克服炉膛本身强烈辐射的影响，实现水冷壁结焦位置及严重程度的快速准确测量，为后续机组进行针对性的燃烧调整优化、吹灰设备投入等操作提供重要的参考依据，有助于缓解炉膛水冷壁结焦。
[0031]本技术结合多视图立体视觉技术，提出了一种侵入式探针及方法，既能本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于高温水冷壁结焦检测的探针，其特征在于，所述探针包括依次布置的激光光源、导光臂、光路系统和图像记录单元，所述激光光源产生的激光经由导光臂引入光路系统形成发散的入射光后通过观测窗口照射在被测水冷壁及水冷壁灰焦上，水冷壁及水冷壁灰焦反射的光经观测窗口经光路系统滤去杂光后由图像记录单元记录。2.根据权利要求1所述的用于高温水冷壁结焦检测的探针，其特征在于，所述光路系统包括准直扩束器、布置在观测窗口下方的反射镜和平凹柱透镜；激光经由导光臂引入后依次经过准直扩束器、反射镜和平凹柱面镜后通过观测窗口照射在被测水冷壁及水冷壁灰焦上，水冷壁及水冷壁灰焦反射的光经观测窗口后由图像记录单元记录。3.根据权利要求2所述的用于高温水冷壁结焦检测的探针，其特征在于，所述图像记录单元包括窄带滤光片和非晶硅红外微测辐射热计；所述水冷壁及水冷壁灰焦反射的光经观测窗口后经窄带滤光片后由非晶硅红外微测辐射热计记录。4.根据权利要求3所述的用于高温水冷壁结焦检测的探针，其特征在于，所述的反射镜为反射角度可调的反射镜，由外部控制信号控制驱动装置调整反...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴学成，吴迎春，周永刚，曾磊，林文辉，薛志亮，高翔，郑成航，陈玲红，邱坤赞，岑可法，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：新型
国别省市：