[发明专利]一种单CCD成像系统的炉膛内三维温度场检测装置及方法

权利要求书

1.一种单CCD成像系统的炉膛内三维温度场检测装置，其特征在于，该装置包括：耐高温、高压水冷夹套，工业内窥镜，彩色工业面阵CCD相机以及数据采集分析单元。

所述耐高温、高压水冷夹套，用于在高温、高压设备内形成嵌入式保护壳体，通过水冷夹套和惰性气体吹扫对内窥镜光路进行冷却，并保护水冷夹套前端镜片以防止其被污染，确保内窥镜的工作环境；

所述工业内窥镜，用于将高温、高压的炉内的辐射图像通过光学镜头引出工业炉膛外，并与工业相机接口进行匹配；

所述彩色工业面阵CCD相机，包括普通CCD相机或CCD光场相机，对不同焦平面的可见光波段辐射图像进行成像，并分解转换为红、绿、蓝三路波段辐射信号；

所述数据采集分析单元，采集不同焦平面图像的红、绿、蓝三路波段辐射信号，利用光学分层成像方法结合比色测温法计算三维温度场。

2.如权利要求1所述的单CCD成像系统三维温度场测量装置，其特征在于，通过水冷盘管的冷却作用实现最大程度的温度保护，结构简单，便于维护。

3.如权利要求1所述的单CCD成像系统三维温度场测量装置，其特征在于，水冷夹套内的石英镜片面积很小，能够使本套装置工作在高压条件下，同时水冷夹套内环隙通惰性吹扫气，能够保护该石英镜片，防止其受到颗粒杂质的污染，该装置尤其适用于如气化炉类的高温、高压且炉内含有大量颗粒的炉膛环境。

4.如权利要求1所述的单CCD成像系统三维温度场测量装置，其特征在于，石英镜片后的管道内可插入内窥镜或光纤等光路，该通道与炉膛隔压隔热，因此可方便地进行内窥镜或其他设备的更换。内窥镜等光路通过小孔成像原理将炉内图像导出至CCD相机。针对高压环境，该管道出口可配压力控制阀门，避免权利要求3所述的石英镜片意外损坏而造成压力泄露的危险。

5.如权利要求1所述的单CCD成像系统三维温度场测量装置，其特征在于，所述待测物体为温度范围为1000K～3000K的具有连续辐射特性的透明或半透明高温物体。

6.如权利要求3所述的单CCD成像系统三维温度场测量装置，其特征在于，所述可见光波段为450nm～750nm。

7.一种单CCD成像系统的炉膛内三维温度场检测方法，其特征在于，该方法包括：

通过光学透镜，将不同焦距下的待测物体的辐射图像投影至像面；

利用普通面阵CCD相机或CCD光场相机获得不同焦平面下的投影光亮度分布；

利用光学分层成像方法，得到空间内不同焦平面对应的截面光亮度分布；

利用比色测温法，结合各截面的原始光亮度分布，计算各截面的温度分布，并组合而成三维温度分布。

8.如权利要求7所述的单CCD成像系统三维温度场测量方法，其特征在于，所述空间内不同焦平面对应的截面光亮度分布是利用光学分层成像方法计算得到的，而对应各截面的温度分布，是通过比色测温法计算得到的。针对普通工业面阵CCD相机，可通过调节成像系统焦距，使其在不同焦平面下分别聚焦拍摄系列图像，再经时均处理和光学分层成像计算后得到各截面的平均光亮度分布，再经双色法计算截面温度分布，组合得到空间内时均三维温度场；针对工业面阵CCD光场相机，其可在一次快门下同时获得不同焦平面的光亮度分布，经光学分层成像计算后得到同一时刻各截面的瞬时光亮度分布，再经双色法计算截面温度分布，组合得到空间内瞬时三维温度场，该相机亦适用于时均三维温度场的计算。