YL-V型红外窑炉热像仪系统技术文本

1、YL型红外窑炉热像仪系统技术文本概述主要技术特点系统描述主要技术性能指标供货清单设备安装要求附件上海德运光电技术有限公司2007年3月发布一. 概述YL型红外窑炉热像仪系统是本公司针对国情,独立研制生产的回转窑胴体温度扫描装臵仪,是原YL、型的下一代产品,与目前世界上最先进的同类产品并驾齐驱,适于大吨位(4000t/d以上回转窑生产线。YL型红外窑炉热像仪是一种完全由计算机操作、全部数字化处理的智能化仪器。于原YL、型产品相比,在保留结构精巧、稳定可靠特点以及自适应扫描角度等特色技术的基础上,整个系统更加稳定、耐久、准确和智能化,不仅可有效防止红窑、控制结圈,而且特别新增了强大的在线耐火砖实时

2、显示和管理系统,进一步帮助客户提效节能、提高窑的运转率。二. 主要技术特点:高分辨率:选用美国JUDSON红外探测器组件12位A/D转换,每线采样1万点、图像显示800点/线旋窑360度,1度对应1条线多项专利技术扫描角度自适应专利,使设备灵活适应各类现场安装扫描窗口积灰自动检测专利,有效解决测温偏差内臵双黑体,保证测温精度和长期稳定性25/30线/秒光学线扫描全天候防护罩(可选与窑转动每一度同步显示的角度同步技术800×360像元高清晰热图像,图像分辨率小于一块耐火砖Open GL三维动画显示技术耐火砖实时三维显示及在线管理软件设备自检功能【名词解释】:光学线扫描:采用光学棱镜的快

3、速转动完成对窑胴体的扫描,25/30线/秒表示每秒沿筒体轴线(窑头至窑尾扫描25/30条线,故扫描周期为40/33.33毫秒。碲镉汞:当今世界上技术、性能最好的红外探测器,其灵敏度高、响应速度快,达微秒级。使用多级微型半导体制冷器可使探测器始终在低温稳定的环境之中工作,以发挥其最佳的性能。扫描角度自适应:(专利技术是指根据红外窑炉热像仪摄像头部与要求被检测的回转窑筒体之间的几何关系,采用软硬件结合的方法,通过软件控制硬件数据的采集,能够保持统一的扫描精度,使设备的安装简便,灵活适应各种工业现场。空间分辨率:空间分辨率是表证热像仪的空间分辨物体线度大小本领的基本参数。一般情况下,用热像仪的瞬时视

4、场来表示空间分辨率,以毫弧度(mrad作单位。黑体:就是指这样一种物体,他能够在任何温度下将辐射到它表面上任何波长的能量全部吸收,是红外测温的参考标准。角度同步码盘:由通过安装在回转窑驱动大齿圈上的传感器信号产生角度同步信号的装置,同步信号对应360度中的每一度。热力学模型:所有的物体,只要有温差存在就会有热传导现象产生,热流会从高温部分传导至低温部分,形成一个温度梯度。根据热力学定律分析回转窑的几何特征,耐火材料特性以及工艺流程,就可以建立一个热流从窑炉内传导至表面的仿真模型。OpenGL:是一种到图形硬件的软件接口,现已成为3D图形的标准。通过OpenGL在计算机里建立一个回转窑筒体的模型

5、,可以非常直观的再现窑筒体表面温度分布和窑内耐火衬的形状。最高采样数率:指数据采集卡内A/D转换的速度,对应在筒体扫描仪中就是采样点数。举例:在25线/秒扫描速度、90度扫描角度的情况下,YL型在采样数率为1M/s时,有10000点的采样点数。三. 系统描述(一.YL-红外窑炉热像仪系统组成 YL-红外窑炉热像仪系统硬件部分主要由红外摄像头部、接线箱、长光缆、回转窑旋转信息采集模块、红外图像采集卡和工控机等组成(如图1;软件部分主要由VKiln系统软件和耐火砖实时显示及在线管理软件组成,采用了多项先进技术和专利,整体技术水平与国际同步。1. YL型红外扫描摄像头部 其中:红外光学线扫描系统源自

6、资源卫星遥测技术,采用大口径45度角楔形旋转反射镜,具有接收能量大、聚焦范围广、光学景深长的特点,对于72米的回转窑,可在110度的自适应扫描角度范围内保证窑头到窑尾图像的清晰,配合红外探测器组件,在窑尾末端角度最大处亦可分辨小于10厘米的耐火砖;反射镜由高精度电机带动旋转扫描,速度25/30Hz(即每秒25/30线,适应最快至5转/分钟的回转窑,稳定高效、发热量少而且没有普通电机的电磁干扰;红外探测器组件作为整个扫描仪的核心,红外探测器组件部分选用了美国老牌红外探测器生产商JUDSON公司的J15TE型碲镉汞红外探测器和低噪声前臵放大器组件,使拥有更高的信噪比和更长的使用寿命。双黑体红外测温

7、技术是相对测温的技术,黑体标准源,是红外测温的基准;另外,由于碲镉汞红外探测器的物理性质,在长期的使用过程中必然会产生信号的衰减,采用双黑体技术可有效保证测温的精度和长期一致性,同时亦可通过双黑体判断探测器的工作状态。硬质红外窗口光学系统积灰必然影响成像质量和测量信号,针对水泥熟料厂的高粉尘环境,YL型头部采用高分子材料的硬质红外窗口,不仅在红外特征波段有高达90%的透过率,而且硬度高、不磨损、耐擦洗。灰量检测器检测硬质红外窗口上积灰量并传输到系统,系统对于少量积灰进行温度修正,大量积灰则提示进行清洁红外窗口。主要技术性能指标:制造厂名称及地址:上海德运光电技术有限公司规格及型号:YL型红外扫

8、描摄像头部红外探测器:型号:美国JUDSON J15TE类型:光电型、碲镉汞、3级半导体制冷响应波段:35微米光学线扫描系统:扫描方式:光学线扫描扫描频率:25/30Hz(25/30线/秒扫描角度:自适应,最大110°聚焦范围:10 米空间分辨率:热点发现<1毫弧度,温度检测2毫弧度测温范围:100500温度分辨率:<1(200黑体测温重复性:±1双黑体:常温黑体、250高温黑体扫描窗口:硬质、永不磨损扫描窗口灰量检测器输出信号:每线(行扫描的窑筒体温度信号行同步信号双黑体信号黑体有效信号窗口灰量信号信号传输:光缆工作方式:连续工作电源:±12V,+5

9、V防护等级:IP65工作环境:电源:220V环境温度:-2545野外现场:避免太阳直射2. 摄像头部全天候防护罩(可选主要技术性能指标:制造厂名称及地址:上海德运光电技术有限公司规格及型号:SHIELDYL结构:双层不锈钢带遮阳盖温控降温风扇和(电加热板可选温度开关:高温45,(低温-20可选电源及功耗:220V/40W防护等级:IP55,防灰、防雨3. 回转窑旋转信息采集模块通过安装在回转窑筒体、轮带和大齿圈的多个传感器,采集大窑的转速、轮带滑移量以及转动角度信号并通过长电缆传输到同步信号处理发生器上进行处理和判断,输出回转窑正常或缺损(窑慢转或传感器故障旋转信号到红外数据采集卡。传感器采用

10、耐高温接近开关或限位开关,并对于窑筒体和轮带的传感器采取了隔热保护措施,使之能够长期有效工作。主要技术性能指标:制造厂名称及地址:上海德运光电技术有限公司型号:KSYL传感器:接近开关/限位开关采集精度:±0.2°信号输出:回转窑同步转速信号、旋转角度同步信号、窑轮带滑移量信号工作电源:24V(二.软件YL-红外窑炉热像仪系统软件部分主要由VKiln系统软件和耐火砖实时显示及在线管理软件组成,工作在MS-WINDOWS2000/XP平台下,亦可在LINUX平台下工作,包含热图像显示、窑转速和轮带位移(轮带滑移量显示、历史纪录及回顾、窑皮及耐火砖厚度实时测量显示等功能。VKi

11、ln的软件特性:高分辨率图像,每条扫描线显示800点型图像显示分辨率提高到800×360(高于DVD的500多线。更高的分辨率保证轴向每一个像素点对应筒体上小于10公分的长度,适合于大吨位生产线。图像实时显示、与窑旋转角度同步刷新图像实时显示,旋窑360度,1度对应1条线,同步刷新。由于从严格来讲,回转窑不是匀速旋转的,采用角度同步刷新的技术可以完全使图像与窑筒体一一对应,也为窑皮、耐火砖的有限元分析创造了必要条件。温度线性化和几何尺寸线性化校正保持原型软件包的该项特点,回转窑温度分布平面展开图像显示经过温度线性化和几何尺寸线性化校正,符合日常观察习惯。多种调色板显示图像功能强大的焦

12、点区打开一幅历史图像或采集完一帧数据,焦点区自动或人工定位于整幅图像的最热处,并在放大区中放大显示,同时将该点处的温度数据回溯十二小时。分段焦点图像放大显示,选定区域放大显示。灵活的矢量曲线绘制无论历史曲线,温度曲线还是耐火砖/窑皮厚度截面曲线,单击曲线上的任意一点,系统会给出点击位臵的坐标信息。嵌入式数据库管理VKiln直接处理DBMS核心,数据采用文件管理方式,更方便、快捷,数据可以手动和自动删除,无需外臵数据库支持(Microsoft/ Oracle/ Sybase SQL服务器。免除用户维护数据库的工作,由于数据库管理内臵,所以不可能出现数据死锁等外部数据库造成的不可控问题实时的历史图

13、像数据回顾及独立的历史图像数据图形用户界面红窑回顾找到所定义时间段内的第一个红窑图像。图像回顾找到所定义时间段内的第一个图像。双击任意历史曲线以双击点的时间值为准往回寻找直到找到一个图像数据。灵活的分段温度报警设臵和实时检测根据用户的设臵最多控制16个风扇全面的自检能力能够检测黑体、行脉冲,码盘信号、帧脉冲信号的有效性,灰量检测单元的输出值。1.6小时焦点温度曲线(最多24小时2.点温、波形、厚度、矩内、矩外功能3.图像导入导出功能(bmp格式VKiln系统软件制作及版权所有:上海德运光电技术有限公司版本信息:Model 2003, Windows 2000/XP基本功能:热图像实时显示、角度

14、同步刷新(与窑旋转角度同步热图像象元数:800×360温度显示:100500温度线性化、图像几何线性校正图像显示:窑平面温度展开图及波形图实时焦点区域放大图像及历史曲线显示,分段焦点区域放大显示,选定区域放大图像窑温度分布实时OpenGL三维模型显示图窑历史温度曲线显示、历史记录图像回放温度测量:点温、波形、单温、放大、区域、三维OpenGL温度报警:分段高温报警温度设定、红窑温度报警设定历史纪录及回顾:数据采用文件管理方式,更方便、快捷,可以自动和手动删除独立图形用户界面温度历史曲线回顾、点温回顾图像回放、红窑回放输出:最多16路风扇控制信号输出打印日报表、打印温度曲线、红窑报警打

15、印输出自检:焦点温度曲线图像导入导出功能四. 系统供货清单YL-型红外窑炉热像仪系统供货清单 YL-型红外窑炉热像仪技术文本 五.红外摄像头选址和设备安装要求 相对于筒体圆周方向，摄像头位置的选址（如图 4.1） ： 由于红外线也是光，具有直线传递的特点，因此选择摄像头在哪个方向时， 重要的是保证设备有一个良好的“视野”，避开各种遮挡； 应避开三次风管的一侧，安装在工作走廊的一侧； 避免阳光直接照射在摄像头的扫描窗口上； 小屋的高度最好比窑的中心线偏高 2 米左右，使红外摄像头的安装角度略往 下倾斜，以避免窗口积灰，同时避免窑侧工作走廊上风扇、路灯等的遮挡。 图 4.1 在筒体轴线方向，摄像头

16、位置的选择（如图 4.2） ： 摄像头在筒体轴线方向位臵的选择可视用户要求检测筒体部位和检测段 的长度而定。一般检测部位选择窑全程或窑头这边的烧成带；检测段长度与 摄像头到筒体垂直距离和摄像头视场范围q有关，一般可通过计算摄像头到筒 体垂直距离结合检测长度得出。 到筒体垂直距离的计算： 图 4.2 上海德运光电技术有限公司 10 YL-型红外窑炉热像仪技术文本 如图 4 所示，P 点为摄像头，A 点为窑头位臵，AB=（X1+X2）为摄像头 扫描的范围，即进行温度测量的范围，亦即对应于 PC 机显示热图像的区域， C 点为摄像头到窑的垂点，CP=Y 为摄像头到窑的垂直距离。 窑炉热像仪采用的是扫

17、描角度自适应技术，q角最大 110 度，根据 X1、 X2 和 Y 三者之间的几何关系计算而得：q=arc Tan(X1/Y+ arc Tan(X2/Y 为保证最佳图像质量，X1、X2、Y 三值应根据实际应用进行平衡处理。 Y 的值不能取得太大，因为扫描线上最小可分辨尺寸（空间分辨率） ，称为测 量直径，约为 Y 的 2/1000，所以，取大的距离会增大筒体测量范围，但也带 来测量点直径增大；同样，X1、X2 也应尽量避免取极值，如 X1=0，X2=60。 注意：如果由于受现场条件的限制，不可能像 图 4 那样安装，这里可以建议采用另一 种倾斜的安装方式（如将摄像头安装于 窑尾塔架上） （一般

18、不采用此方案） ，如 图 4 附。其中，头部安装的具体位臵、 倾斜角度等参数，用户可与生产厂家的 技术人员商讨，求得最佳方案。 图 4 附 【举例】 ： 图 5 以一条 72 米长的窑为例， 图 5 中摄像头位臵是比较理想的， 其扫描角度q为： q=arc Tan(X1/Y+ arc Tan(X2/Y = arc Tan(30/40+ arc Tan(42/40 =36.87+46.40 =83.27（度） 上海德运光电技术有限公司 11 YL-型红外窑炉热像仪技术文本 摄像头小屋的建造要求： 如果摄像头安装在野外露天， 需要土建一个小 屋用以放臵摄像头和电缆接线箱。 小屋的一般要求如下： ¨ 钢结构、混凝土基础、承重 400 公斤； ¨ 小屋面积 1.5M×