一种基于Mie散射理论水雾中红外辐射衰减校正系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种基于Mie散射理论水雾中红外辐射衰减校正系统，包括，近红外CCD模拟相机探测器、七芯耐高温通讯电缆、网络视频服务器、电源模块和工控机，近红外CCD模拟相机探测器架设在连铸二冷室的墙壁上，本实用新型专利技术所述的一种基于Mie散射理论水雾中红外辐射衰减校正系统，采用Mie散射理论相关软件结合现场水雾粒子特性计算出水雾区的消光系数βext(λ)作为辐射测温系统的修正因子导入，提高现场非接触式测温的精度，基于Mie散射理论计算消光系数结合朗伯比尔定律对红外辐射测温仪的测量值进行修正，能够满足现场的生产需要，从而避免现场人工测量温度的滞后造成的产品问题，同时也能保障现场工人的安全。同时也能保障现场工人的安全。同时也能保障现场工人的安全。

【技术实现步骤摘要】
一种基于Mie散射理论水雾中红外辐射衰减校正系统


[0001]本技术涉及成像
，特别涉及一种基于Mie散射理论水雾中红外辐射衰减校正系统。

技术介绍

[0002]在钢铁厂生产各类钢铁产品过程中，使用钢水凝固成型有两种方法：传统的模铸法和连续铸钢法。连续铸钢法与传统的模铸法相比较具有较大的优越性，连铸技术的迅速发展是当代钢铁工业发展的重要组成部分。良好的连铸二冷控制是连铸机生产能力和达到铸坯质量要求的保障，铸坯表面温度的监测是连铸二冷控制的基本要求。在钢的连铸二冷过程中，通过水来冷却凝固坯壳，特点是复杂的沸腾换热现象。在这个过程中产生的水雾对辐射能具有强烈的衰减作用，对非接触式测温造成不可忽略的干扰，在连铸二冷区铸坯表面温度的监测过程中产生。
[0003]目前工业生产中，为了减少水雾带来的测温干扰，通常的办法是采用在光路中通风以吹散水蒸气，但这样通入的气流必然与铸坯发生对流换热现象，反而会增大测温误差。另一种工业生产中常用的方法是依据铸坯的氧化铁皮在表面随机分布的特点，进行连续在线测温，对得到的温度数据进行有效判断，选择最佳的温度值。当铸坯表面出现大量连续的氧化铁皮或者在光路中出现持续性的水雾介质时，该方法的测量结果会出现较大的误差。在理论研究中，有学者基于辐射换热理论通过建立有参与性介质影响时辐射测温问题的物理模型和数学模型，探讨了水雾遮挡对红外辐射测温仪的影响。这种方法由于很难获取准确的光路中参与介质的浓度场，在实际应用中难以实现。也有学者以水雾厚度、铸坯实际表面温度、水量、气压为影响因素研究了水雾对高温铸坯表面辐射测温误差的影响。在连铸二冷区的生产环境难以得到水雾厚度、气压等因素的准确数值，从而影响最终测量结果的准确性。
[0004]为此，我们提出一种基于Mie散射理论水雾中红外辐射衰减校正系统，能够依据现场实际工况建立水雾状态模型，并分析红外辐射在水雾模型中的衰减特性，基于Mie散射理论计算出水雾状态模型的消光系数。将修正因子与非接触式红外测温系统相结合，通过接收到的铸坯发射出的红外辐射能量，推导出铸坯原始发射的红外辐射能量，消除因水雾对红外辐射衰减特性而产生的温度测量误差，提高连铸二冷区铸坯表面非接触式测温的精确度。

技术实现思路

[0005]本技术的主要目的在于提供一种基于Mie散射理论水雾中红外辐射衰减校正系统，可以有效解决
技术介绍
中的问题。
[0006]为实现上述目的，本技术采取的技术方案为：
[0007]一种基于Mie散射理论水雾中红外辐射衰减校正系统，包括，近红外CCD模拟相机探测器、七芯耐高温通讯电缆、网络视频服务器、电源模块和工控机，所述近红外CCD模拟相
机探测器架设在连铸二冷室的墙壁上，所述七芯耐高温电缆对近红外CCD模拟相机探测器进行供电，并且所述七芯耐高温电缆对视频信号进行传输，所述网络视频服务器将模拟信号转换成数字信号，所述电源模块同时对近红外CCD模拟相机探测器、视频服务器和工控机进行供电，所述工控机安装有测温系统控制软件。
[0008]进一步的，包括以下流程：首先，打开测温系统控制软件，对近红外CCD模拟相机进行初始化，实时采集连铸坯图像，通过七芯电缆传输至视频服务器将模拟信号转换成数字信号，再由网线传输至所述工控机中的测温系统控制软件中，然后，测温系统控制软件对连铸坯图像进行实时采集及预处理，对铸坯视频实时显示，以及对现场温度计算以及辐射衰减修正，同时对画面固定位置的温度变化进行监测，最后，对历史温度数据进行保存。
[0009]进一步的，所述对图像进行采集是通过红外线进行采集。
[0010]进一步的，所述连铸坯实时视频提供伪彩显示选项。
[0011]进一步的，现场采用风冷和水冷相结合的方式对探测器进行降温保护。
[0012]进一步的，所述红外CCD模拟相机和铸坯间的距离保持1.5米。
[0013]进一步的，在对红外图像进行预处理时，主要采用极值中值滤波算法对图像进行降噪处理，用矩阵[xij]表示，xij表示图像中位置坐标为(i,j)的像素点的灰度值，设[yij]为图像[xij]经过中值滤波处理后的输出图像矩阵，W[xij]表示对矩阵[xij]中点(i,j)做窗口操作，滤波窗口为m
×
n,其中m,n为奇整数，med(W[xij])表示对窗口W[xij]内的所有像素点取中值，那么yij＝med(W[xij])。
[0014]进一步的，在对红外图像进行预处理前，添加判断，明确哪些是被噪声污染的点，然后保持正常信号点不变，在一幅灰度图像中，某点的灰度值为其邻域中的最值时，则该点为噪声，反之为信号，如下：
[0015][0016]其中min(W[xij])表示对窗口W[xij]内取所有点中的最小值，max(W[xij])表示对窗口W[xij]内取所有点中的最大值，按此判断标准则可将输出图像表示为：
[0017][0018]进一步的，所述温度计算以及辐射衰减修正结合Mie散射理论，
[0019]所述Mie散射理论：假设红外辐射的波长为λ，水雾区的消光系数β
ext
(λ)、散射系数β
sca
(λ)和吸收系数β
abs
(λ)的关系可表示为：
[0020]β
ext
(λ)＝β
sca
(λ)+β
abs
(λ)
[0021]辐射强度为I0的红外辐射波在水雾中传输的衰减过程，可根Lambert
‑
Beer定律得到辐射波在水雾中传输L距离后的辐射强度I(L)；
[0022][0023]式中β
ext
(l,λ)为距离l处的水雾区的消光系数，利用Mie理论可以计算出消光系数；
[0024][0025]式中N为超细水滴密度，Q
ext
为单个超细水滴散射效率因子；
[0026][0027][0028]式中为超细水滴的体积分数，χ为尺度参数，且χ＝2πr/λ，a
n
和b
n
为Mie散射系数；
[0029]同时，根据普朗克辐射定律，黑体辐射与波长的关系为：
[0030][0031]式中M(T,λ)为辐射出射度，T为热力学温度，第一辐射常量c1＝2πhc2，h为普朗克常量，c为真空中光速，第二辐射常量c2＝hc/k，k为玻尔兹曼常数，当c2/λ>>1时，近似把物体当作灰体来处理，辐射率为ε(λ)，可利用维恩公式简化普朗克公式可表示为：
[0032][0033]由此得出单色辐射测温公式为：
[0034][0035]若将物体分为n个等温区，每个等温区对应的原始辐射出射度为M
i0
(T,λ)，经水雾衰减后的辐射出射度为M
i1
(T,λ)，辐射表面积为S
i
，原始红外辐射功率为P0(λ)，经水雾衰减后的辐射功率为P1(λ)，那么水雾对红外辐本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于Mie散射理论水雾中红外辐射衰减校正系统，包括，近红外CCD模拟相机探测器、七芯耐高温通讯电缆、网络视频服务器、电源模块和工控机，其特征在于：所述近红外CCD模拟相机探测器架设在连铸二冷室的墙壁上，所述七芯耐高温电缆对近红外CCD模拟相机探测器进行供电，并且所述七芯耐高温电缆对视频信号进行传输，所述网络视频服务器将模拟信号转换成数字信号，所述电源模块同时对近红外CCD模拟相机探测器、视频服务器和工控机进行供电，所述工控机安装有测温系统控制软件；所述测温系统控制软件先对近红外CCD模拟相机进行初始化，实时采集连铸坯图像，通过七芯电缆传输至视频服务器将模拟信号转换成数字信号，再由网线传输至所述工控机中的测温系统控制软件中；然后对连铸坯图像进行实时采集及预处理，对铸坯视频实时显示，以及对现场温度计算以及辐射衰减修正，同时对画面固定位置的温度变化进行监测，最后对历史温度数据进行保存。2.根据权利要求1所述的一种基于Mie散射理论水雾中红外辐射衰减校正系统，其特征在于：对图像进行采集是通过红外线进行采集。3.根据权利要求1所述的一种基于Mie散射理论水雾中红外辐射衰减校正系统，其特征在于：所述连铸坯实时视频提供伪彩显示选项。4.根据权利要求1所述的一种基于Mie散射理论水雾中红外辐射衰减校正系统，其特征在于：现场采用风冷和水冷相结合的方式对探测器进行降温保护。5.根据权利要求1所述的一种基于Mie散射理论水雾中红外辐射衰减校...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴海滨，陈新兵，宋伟，李梓霂，刘凯迪，徐雷，
申请(专利权)人：安徽大学，
类型：新型
国别省市：