高溫煙氣流下受熱面溫度場測量裝置及方法
【技術領域】
[0001] 本發明設及一種高溫煙氣流下受熱面的溫度場測量裝置，本發明還設及采用所述 裝置在高溫煙氣流下受熱面的溫度場測量方法。
【背景技術】
[0002] 過熱器、再熱器、蒸汽管道、聯箱等重要部件是燃煤發電廠鍋爐汽水管道系統中承 受蒸汽溫度和壓力最高的部件，也是對超溫最為敏感的部件，有效地監測該些重要部件的 安全狀態，是鍋爐安全穩定運行亟待解決的問題。
[0003] 溫度的測量分為接觸式和非接觸式兩種，接觸式測量由于安裝困難、只能進行點 測量、容易影響測量處的溫度、響應時間慢、存在測溫上下限等缺點不適合用于溫度場的在 線檢測，非接觸測溫方法則不存在該些問題，在生產過程監測、產品質量控制、設備在線故 障診斷和節約能源等方面都發揮著重要作用。
[0004] 電站鍋爐的煙氣中含有二氧化碳、水蒸氣、顆粒等福射參與性介質，利用紅外測溫 方法透過該層煙氣測量管壁的溫度則需要消除該些福射參與性介質的影響。
[0005] 現有的高溫煙氣流下受熱面溫度場測量方法及裝置，容易受福射參與性介質的影 響，不夠準確，且在現有雙波長福射測溫裝置中，利用單CCD相機的需要濾光輪轉動裝置， 該樣振動會對成像產生影響，且兩張照片拍攝時間不同步；若利用雙CCD相機則成本較高， 且裝置控制參數較多不易匹配，不方便安裝調試。
【發明內容】
[0006] 本發明所要解決的第一個技術問題，就是提供一種高溫煙氣流下受熱面的溫度場 測量裝置。
[0007] 本發明所要解決的第二個技術問題，就是提供一種高溫煙氣流下受熱面的溫度場 測量方法。
[000引采用本發明的高溫煙氣流下受熱面溫度場測量方法及裝置，能夠降低福射參與性 介質的影響，且鏡頭內無需濾光輪轉動裝置，減少了振動對成像的影響，同時實現了單個 CCD相機進行雙波長測溫，另外本發明還具有裝置控制參數少、方便安裝調試、測量準確等 優點。
[0009] 解決上述第一個技術問題，本發明采用的技術方案是：
[0010] 一種高溫煙氣流下受熱面的溫度場測量裝置，其特征是包括：
[0011] 一雙光路內窺鏡頭2,用于收集來自視場的福射能量，其含依次連接的紅外窗口 21、孔徑光闊22、物鏡23、分光棱鏡24、反射鏡組25、目鏡26和視場光闊27 ;
[0012] 一紅外CCD相機3,用于采集所述雙光路內窺鏡頭所成的圖像；
[0013] 兩濾光片4,用于過濾其他波段的雜光，安裝在雙光路內窺鏡頭與紅外CCD相機的 光敏部件之間；
[0014] 一管狀密閉冷卻殼體1，用于所述的保護雙光路內窺鏡頭和紅外CCD相機，其將雙 光路內窺鏡頭和紅外CCD相機完全包覆，殼體前端留有雙光路內窺鏡頭進光口（同時為壓 縮空氣出口）、殼體上還設有壓縮空氣入口和相機電源線和數據線接頭。
[0015] 一電腦5,用于計算視場內的溫度分布，它內嵌溫度測量軟件，將紅外CCD相機采 集得到的圖像信息轉化為溫度信息。
[0016] 所述的雙光路內窺鏡頭和濾光片的具體布置為：
[0017] 所述的分光棱鏡24中的透反面與鏡頭主光軸呈45度角傾斜于光路，將入射光束 一分為二；一路被反射與鏡頭主光軸呈90度出射、一路沿入射光束方向出射，所述的反射 鏡組25共有7塊反射鏡，將反射光束和透射光束變為平行且相鄰的兩束光投射到所述的目 鏡26上。
[001引具體為；
[0019] 第一反射鏡251布置在分光棱鏡24正上方，將分光棱鏡24的反射光束順時針折 射90度，并保證反射光束不會被第=反射鏡253遮擋；
[0020] 第二反射鏡252布置在與第一反射鏡251等高的位置上，將經第一反射鏡251折 射的反射光束再順時針折射90度；
[0021] 第=反射鏡253布置在第二反射鏡252的正下方，且其下緣在鏡頭主光軸上，將經 第二反射鏡252折射的反射光束逆時針旋轉90度投射至目鏡26 ;
[0022] 第四反射鏡254布置在分光棱鏡24等高的位置上，將透射光束順時針折射90度；
[0023] 第五反射鏡255布置在第四反射鏡254的正下方，為保證反射光束和透射光束沒 有光程差，第四反射鏡254與第五反射鏡255的距離應等于第一反射鏡251與分光棱鏡24 透反面的距離，它將經第四反射鏡254折射的透射光束逆時針折射90度；
[0024] 第六反射鏡256布置在第五反射鏡255的等高位置上，且位于第二反射鏡252的 正下方，將經第五反射鏡255折射的透射光束再逆時針折射90度；
[0025] 第走反射鏡257布置在第六反射鏡256的正上方，其上緣在鏡頭主光軸上，將經第 六反射鏡256折射的透射光束順時針折射90度透射至目鏡；
[0026] 所述的兩濾光片波長不同，第一濾光片的波長為A 1、第二濾光片的波長為A 2,其 中第一濾光片41、第二濾光片42分別對應第^;：、第 = 反射鏡253、257透過目鏡和視場光闊 的反射和透射光束。
[0027] 優選地，所述雙光路內窺鏡頭的物鏡、目鏡和分光棱鏡為在紅外CCD相機光譜響 應范圍內具有較高透過率的物鏡、目鏡和分光棱鏡。
[002引優選地，所述的濾光片應能避開水蒸氣和二氧化碳的吸收波段，且要在紅外CCD 相機的光譜響應范圍內。
[0029] 優選地，所述的管狀密閉冷卻殼體1通過法蘭聯接。
[0030] 解決上述第二個技術問題，本發明采用的技術方案是：
[0031] 一種采用上述裝置在高溫煙氣流下受熱面的溫度場測量方法，其特征在于包括W 下步驟：
[0032] S1 ;利用標準黑體，分別標定兩個濾光片中屯、波長下在不同溫度時的系統響應函 數；
[0033] S2;利用所述裝置的雙光路內窺鏡頭對準高溫煙氣流下的被測表面，通過紅外 CCD相機光敏部件采集得到的被測表面的能量分布的灰度矩陣，通過數據線傳輸到電腦中， 利用自編程的分析軟件計算得到被測表面的溫度場分布。
[0034] 所述的分析軟件的計算原理為：
[0035] 根據普朗克定律，黑體的光譜福射能量和溫度之間的關系為：
[0036]
【主權項】
1. 一種高溫煙氣流下受熱面溫度場測量裝置，其特征在于包括： 一雙光路內窺鏡頭（2)，用于收集來自視場的輻射能量，其含依次連接的紅外窗口 (21)、孔徑光闌（22)、物鏡（23)、分光棱鏡（24)、反射鏡組（25)、目鏡（26)和視場光闌 (27)； 一紅外CCD相機（3)，用于采集所述雙光路內窺鏡頭所成的圖像； 兩濾光片（4)，用于過濾其他波段的雜光，安裝在雙光路內窺鏡頭與紅外CCD相機的光 敏部件之間； 一管狀密閉冷卻殼體（1)，用于所述的保護雙光路內窺鏡頭和紅外CCD相機，其將雙光 路內窺鏡頭和紅外CCD相機完全包覆，殼體前端留有雙光路內窺鏡頭進光口、殼體上還設 有壓縮空氣入口和相機電源線和數據線接頭。 一電腦（5)，用于計算視場內的溫度分布，它內嵌溫度測量軟件，將紅外CCD相機采集 得到的圖像信息轉化為溫度信息。
2. 根據權利要求1所述的高溫煙氣流下受熱面溫度場測量裝置，其特征在于：所述的 雙光路內窺鏡頭和濾光片的具體布置為： 所述的分光棱鏡（24)中的透反面與鏡頭主光軸呈45度角傾斜于光路，將入射光束一 分為二：一路被反射與鏡頭主光軸呈90度出射、一路沿入射光束方向出射，所述的反射鏡 組（25)共有7塊反射鏡，將反射光束和透射光束變為平行且相鄰的兩束光投射到所述的目 鏡（26)上。
3. 根據權利要求2所述的高溫煙氣流下受熱面溫度場測量裝置，其特征在于：所述的 反射鏡組（25)7塊反射鏡的具體布置為： 第一反射鏡（251)布置在分光棱鏡（24)正上方，將分光棱鏡（24)的反射光束順時針 折射90度，并保證反射光束不會被第三反射鏡（253)遮擋； 第二反射鏡（252)布置在與第一反射鏡（251)等高的位置上，將經第一反射鏡（251) 折射的反射光束再順時針折射90度； 第三反射鏡（253)布置在第二反射鏡（252)的正下方，且其下緣在鏡頭主光軸上，將經 第二反射鏡（252)折射的反射光束逆時針旋轉90度投射至目鏡（26); 第四反射鏡（254)布置在分光棱鏡（24)等高的位置上，將透射光束順時針折射90度； 第五反射鏡（255)布置在第四反射鏡（254)的正下方，第四反射鏡（254)與第五反射 鏡（255)的距離應等于第一反射鏡（251)與分光棱鏡（24)透反面的距離，它將經第四反射 鏡（254)折射的透射光束逆時針折射90度； 第六反射鏡（256)布置在第五反射鏡（255)的等高位置上，且位于第二反射鏡（252) 的正下方，將經第五反射鏡（255)折射的透射光束再逆時針折射90度； 第七反射鏡（257)布置在第六反射鏡（256)的正上方，其上緣在鏡頭主光軸上，將經第 六反射鏡（256)折射的透射光束順時針折射90度透射至目鏡； 所述的兩濾光片波長不同，第一濾光片的波長為A1、第二濾光片的波長為λ2，其中第 一濾光片（41)、第二濾光片（42)分別對應第七、第三反射鏡（253)、（257)透過目鏡和視場 光闌的反射和透射光束。
4. 根據權利要求3所述的高溫煙氣流下受熱面溫度場測量裝置，其特征在于：所述雙 光路內窺鏡頭的物鏡、目鏡和分光棱鏡為在紅外CCD相機光譜響應范圍內具有較高透過率 的物鏡、目鏡和分光棱鏡。
5. 根據權利要求4所述的高溫煙氣流下受熱面溫度場測量裝置，其特征在于：所述的 濾光片為避開水蒸氣和二氧化碳的吸收波段、且在紅外CCD相機的光譜響應范圍內的濾光 片。
6. 根據權利要求5所述的高溫煙氣流下受熱面溫度場測量裝置，其特征在于：所述的 管狀密閉冷卻殼體（1)通過法蘭聯接。
7. -種采用如權利要求1-6任意一項所述裝置進行高溫煙氣流下受熱面溫度場測量 方法，其特征在于包括如下步驟： 步驟一、利用標準黑體，分別標定兩個濾光片中心波長下在不同溫度時的系統響應函 數； 步驟二、利用權利要求1所述裝置的特制雙光路內窺鏡頭對準高溫煙氣流下的被測表 面，通過紅外CCD相機光敏部件采集得到的被測表面的能量分布的灰度矩陣，通過數據線 傳輸到電腦中，利用自編程的分析軟件計算得到被測表面的溫度場分布。
【專利摘要】本發明涉及高溫煙氣流下受熱面溫度場測量裝置及方法：裝置包括一雙光路內窺鏡頭(2)、一紅外CCD(3)、一管狀密閉冷卻殼體(1)，用于所述保護雙光路內窺鏡頭和紅外CCD相機，其將雙光路內窺鏡頭和紅外CCD相機完全包覆，殼體前端留有雙光路內窺鏡頭進光口、殼體上還設有壓縮空氣入口和相機電源線和數據線接頭；中心波長分別為λ1和λ2的兩濾光片(41、42)，用于過濾其他波段的雜光，安裝在雙光路內窺鏡頭與紅外CCD相機的光敏部件之間；電腦(5)，內嵌溫度測量軟件，將紅外CCD相機采集得到的圖像信息轉化為溫度信息。本發明鏡頭內無需濾光輪轉動裝置，減少了振動對成像的影響；只需要一個CCD相機實現雙波長測溫，克服了兩個相機帶來的時間難同步問題。
【IPC分類】G01J5-00, G01J5-08
【公開號】CN104568158
【申請號】CN201510009938
【發明人】王偉, 鐘萬里, 林介東, 虞月榮, 丹紅兵, 張彪, 許傳龍, 丁輝
【申請人】廣東電網有限責任公司電力科學研究院, 東南大學, 廣東電研鍋爐壓力容器檢驗中心有限公司
【公開日】2015年4月29日
【申請日】2015年1月8日