本发明属于火电厂锅炉燃烧检测领域，尤其是涉及一种基于热辐射成像的锅炉燃烧温度场ct检测系统。
背景技术：
1、目前火力发电依然占据我国电力供应的主导地位，火电厂的生产过程中，锅炉是相对最容易出现问题的设备，由于其本身组成和结构的复杂性，锅炉炉内煤燃烧过程是一个黑箱系统，运行人员很难直接观察到炉内燃烧的确切情况，而炉内温度场分布的合理性又会影响锅炉稳定运行。因此，开展锅炉炉内燃烧温度场检测对保障锅炉安全高效运行具有重要的实际意义，也可为火电厂智能化建设提供的丰富的燃烧信息。
2、文献[周怀春，娄新生，邓元凯.基于辐射图象处理的炉膛燃烧三维温度分布检测原理及分析[j].中国电机工程学报，1997，17(1):1-4.]提出了基于辐射图像处理的炉膛三维温度场检测方法，采用ccd摄像机等拍摄炉内燃烧火焰图像，通过对火焰辐射图像的处理，结合热辐射成像及反问题求解可获得炉内三维温度场。专利[周怀春，娄春，程强，罗自学，姜志伟.燃煤锅炉炉内三维温度场实时监测装置，中国实用新型专利，授权号：zl200420076978.8,]则给出了该方法实施过程中所建立的系统装置，该装置在锅炉冷灰斗至折焰角的炉膛区域内、沿锅炉高度方向分层布置摄像探头，每层至少布置两支，其视角中心线斜向下，各摄像探头的视频信号送入视频分割器中合成为一路信号，再送入计算机中进行处理。所布置的多个摄像探头可以充分的接收来自炉膛内的辐射信息，能够准确的计算出炉膛内的三维温度场。
3、但是在实际应用中，按照上述方式虽然能获得炉膛三维温度场，但对ccd二维靶面沿水平和垂直方向划分了像素单元，这种处理方式并没有充分利用ccd摄像机所拍摄的高分辨率火焰图像中每一个像素的信息，从而使获得的三维温度场在高度方向上仅有十多层(空间分辨率仅在数千个网格)；因此，亟需一种基于热辐射成像的锅炉燃烧温度场ct检测系统来克服现有检测方法存在的问题。
技术实现思路
1、本发明的目的是提供一种基于热辐射成像的锅炉燃烧温度场ct检测系统，采用水平布置的炉膛火焰摄像探头拍摄炉内火焰图像，利用图像中水平方向的一行像素的信息来重建炉膛中对应的断面温度分布，再沿图像垂直方向逐层计算，这种方式将图像的垂直像素数与炉膛三维温度场沿高度的网格数直接关联，所获得的炉膛三维温度场由沿高度方向上数百\数千层断面温度分布组成，可将三维温度场空间分辨率提高数十倍甚至上百倍。
2、为实现上述目的，本发明提供一种基于热辐射成像的锅炉燃烧温度场ct检测系统，由布置在炉膛壁面上的炉内燃烧火焰图像拍摄模块及布置在锅炉现场的炉内三维温度场计算及显示模块、炉内三维温度场数据存储及传输模块组成；
3、炉内燃烧火焰图像拍摄模块包括炉膛火焰摄像探头和路由器；其中，炉膛火焰摄像探头由耐高温内窥镜头和摄像机组成，炉膛火焰摄像探头安装在炉膛墙面上采用分层水平布置方式，至少布置一层，每层每面炉墙至少安装一个炉膛火焰摄像探头，且炉膛火焰摄像探头的视场角中心线与所安装的墙面垂直，保证以水平方式拍摄炉内燃烧火焰图像；
4、炉内三维温度场计算及显示模块包括嵌入式开发板、触摸显示屏和电源；通过嵌入式开发板接收来自炉膛火焰摄像探头拍摄的火焰图像数据，每个炉膛火焰摄像探头拍摄的图像在水平方向有m个像素、垂直方向有n个像素，利用所有图像中水平方向的一行像素的信息重建炉膛中对应的断面温度分布，再沿图像垂直方向逐层计算，最后获得n层断面温度分布组成的炉膛三维温度场，并在触摸显示屏上以伪彩色云图方式显示；
5、炉内三维温度场数据存储及传输模块包括数据存储器和通讯接口；嵌入式开发板将从当前火焰图像数据中计算得到的温度场数据存储在数据存储器中，以客户端的方式采用工业总线通讯协议将温度场数据以特定格式发送到指定的数据接收端，数据接收端对收到的信息进行解析后实现温度场数据的提取。
6、优选的，根据炉膛火焰摄像探头的水平视场角α度和炉膛矩形横截面尺寸，前后墙长度l、左右墙宽度w，确定每层每面炉墙上炉膛火焰摄像探头的安装数量；具体确定方法如下：
7、当炉膛火焰摄像探头安装在前墙或后墙时，其水平视场角α在左右墙中心法线上的可视尺寸为s1＝w×tg(α/2)；若s1不小于前后墙的长度l，则该层该墙上安装一个摄像探头；若s1小于前后墙的长度l，则要增加该层该墙上的炉膛火焰摄像探头数量并等间距布置，直至炉膛火焰摄像探头在左右墙中心法线上的可视尺寸之和不小于前后墙的长度，该墙上安装的炉膛火焰摄像探头数量o1为：
8、
9、式中，表示向上取整；
10、当炉膛火焰摄像探头安装在左墙或右墙时，其水平视场角α在前后墙中心法线上的可视尺寸为s2＝l×tg(α/2)；若s2不小于左右墙的宽度w，则该层该墙上安装一个炉膛火焰摄像探头；若s2小于左右墙的宽度w，则要增加该层该墙上的炉膛火焰摄像探头数量并等间距布置，直至炉膛火焰摄像探头在前后墙中心法线上的可视尺寸之和不小于左右墙的宽度w，该墙上安装的炉膛火焰摄像探头数量o2为：
11、
12、式中，表示向上取整；
13、因此，炉墙上每一层炉膛火焰摄像探头的安装数量o为：
14、o＝(o1+o2)×2。
15、优选的，根据炉膛火焰摄像探头的垂直视场角β和炉膛高度尺寸，锅炉折焰角以下、冷灰斗以上的炉膛高度h，确定炉膛火焰摄像探头布置的层数p，具体为：
16、当前后墙长度l不小于左右墙宽度w时，炉膛火焰摄像探头的垂直视场角在沿炉膛高度方向的中轴线的可视尺寸为s3＝w×tg(β/2)；当前后墙长度l小于左右墙宽度w时，炉膛火焰摄像探头的垂直视场角在沿炉膛高度方向的中轴线的可视尺寸为s3＝l×tg(β/2)；若s3不小于炉膛高度h，则炉膛火焰摄像探头只需要布置一层；若s3小于炉膛高度h，则要增加炉膛火焰摄像探头的布置层数，直至炉膛火焰摄像探头在沿炉膛高度方向的中轴线上的可视尺寸之和不小于炉膛高度h，p的计算表达式如下：
17、
18、式中，表示向上取整。
19、优选的，重建并显示炉膛中对应的断面温度分布的具体过程如下：
20、步骤1、炉膛火焰摄像探头以水平方式拍摄炉内燃烧火焰图像时，根据ct原理，每个炉膛火焰摄像探头所拍摄的图像中，每一行像素接收的炉内燃烧火焰辐射信息来自于层厚为s4的炉膛燃烧火焰断面，已知图像垂直方向有n个像素，则s4＝s3/n；由炉内燃烧火焰图像拍摄模块确定的每一层炉膛火焰摄像探头数o，且每个炉膛火焰摄像探头获得的图像中每一行有m个像素，则根据热辐射成像原理，在嵌入式开发板中建立炉膛燃烧火焰断面温度场与对应的o×m个火焰辐射信息的线性方程组模型；
21、步骤2、在嵌入式开发板中调用求解线性方程组模型的优化算法，用布置的每一层炉膛火焰摄像探头检测n层炉膛断面温度场，每一层断面温度场的空间尺寸为l×w×s4；由炉内燃烧火焰图像拍摄模块确定摄像探头布置的层数p，再沿逐层对炉膛火焰摄像探头拍摄的火焰图像做同样计算，获得h/s4层断面温度分布组成的炉膛三维温度场，并在触摸显示屏上以伪彩色云图方式分层显示每一层的炉膛断面温度分布。
22、优选的，步骤2中获得的炉膛三维温度场数据根据分层存储的方式存储在数据存储器中，然后根据每一层断面温度场的厚度s4确定其在炉膛的物理坐标，以每一层断面温度分布的物理坐标为索引，依次存储每一层的断面温度分布数据。
23、优选的，工业总线通讯协议包括can(controllerareanetwork)总线、profibus(process field bus)总线、modbus总线和ethernet/ip(industrial protocol)总线。
24、因此，本发明采用上述一种基于热辐射成像的锅炉燃烧温度场ct检测系统，具有以下有益效果：
25、(1)将热辐射成像与ct原理结合，提出采用水平方式分层布置摄像探头，并确定布置的层数及每一层的摄像探头数，建立图像中每一行像素接收的热辐射信息与炉膛断面温度场的线性方程组模型，再沿图像垂直方向逐层计算，从而构建沿炉膛高度方向高空间分辨率的炉膛三维温度场的在线监测；
26、(2)本发明所提出的检测方法及装置是建立在嵌入式系统基础上并提供了基于工业总线的数据通讯接口，相对于通常的上位机系统，整个装置结构更为紧凑，可作为锅炉燃烧检测的一次传感器集成到火力发电机组的集散控制系统中，适用于火电厂智能化建设。
27、下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
1.一种基于热辐射成像的锅炉燃烧温度场ct检测系统，其特征在于：由布置在炉膛壁面上的炉内燃烧火焰图像拍摄模块及布置在锅炉现场的炉内三维温度场计算及显示模块、炉内三维温度场数据存储及传输模块组成；
2.根据权利要求1所述的一种基于热辐射成像的锅炉燃烧温度场ct检测系统，其特征在于：根据炉膛火焰摄像探头的水平视场角α度和炉膛矩形横截面尺寸，前后墙长度l、左右墙宽度w，确定每层每面炉墙上炉膛火焰摄像探头的安装数量；具体确定方法如下：
3.根据权利要求2所述的一种基于热辐射成像的锅炉燃烧温度场ct检测系统，其特征在于：根据炉膛火焰摄像探头的垂直视场角β和炉膛高度尺寸，锅炉折焰角以下、冷灰斗以上的炉膛高度h，确定炉膛火焰摄像探头布置的层数p，具体为：
4.根据权利要求3所述的一种基于热辐射成像的锅炉燃烧温度场ct检测系统，其特征在于：重建并显示炉膛中对应的断面温度分布的具体过程如下：
5.根据权利要求4所述的一种基于热辐射成像的锅炉燃烧温度场ct检测系统，其特征在于：步骤2中获得的炉膛三维温度场数据根据分层存储的方式存储在数据存储器中，然后根据每一层断面温度场的厚度s4确定其在炉膛的物理坐标，以每一层断面温度分布的物理坐标为索引，依次存储每一层的断面温度分布数据。
6.根据权利要求5所述的一种基于热辐射成像的锅炉燃烧温度场ct检测系统，其特征在于：工业总线通讯协议包括can总线、profibus总线、modbus总线和ethernet/ip总线。
