[发明专利]多信息融合智能火焰检测装置及其检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种多信息融合智能火焰检测装置及其检测方法。

背景技术

目前，国外火焰检测的研究大致经历以下几个阶段：

阶段一：辐射光能火焰检测

常用辐射光能火检基本上都是基于燃烧过程中火焰辐射出的红外线、可见光和紫外线等进行检测。

红外线火检通过检测燃烧火焰放射的红外线强度和火焰频率来判别火焰是否存在, 探头采用硫化铅光电管或硅光电二极管。由于炉膛完全燃烧着火区火焰闪烁频率比较稳定, 因此通过滤波电路, 红外线火检能区分燃烧器火焰和背景火焰。典型产品有FORNEY 公司的IDD-II。

紫外线火检利用火焰本身特有的紫外线强度来判别火焰的有无, 其光电器件为紫外光敏管。紫外光敏管对相邻燃烧器火焰有较高的鉴别力, 通常用作单火嘴的火焰检测器。但是紫外线易被介质吸收, 当紫外光敏管被烟灰、油雾等污染物污染时, 灵敏度明显下降, 所以在燃用重油和煤粉的锅炉中, 紫外线火检并不可靠,尤其在煤粉炉上, 当锅炉低负荷运行时, 紫外线大量减少, 其灵敏度更低。因此紫外线检测适用于燃用气体或轻油燃料的锅炉, 不适用于燃用重油和煤粉燃料的锅炉。

另外，为了提高火焰检测的判断能力，由英国Land Combustion 公司推出相关性火焰检测器，它同时使用两只相同的探测器, 使检测区域在燃烧区域相交, 利用相关理论分析方法, 根据相关系数的大小判断燃烧器的燃烧状况。当火焰存在时, 两探测器获得的火焰信号是相似的, 相关系数比较大。当火焰不存在时, 相关性系数低, 而且火焰的漂移和不稳定也将引起相关系数降低。因此根据火焰相关系数的变化可判断火焰燃烧状况。

相关性火焰检测方法在原理上具有独到之处, 原则上不受负荷变化的影响, 适应范围广。它不仅能监视燃烧器是否有火, 而且能间接地反映着火点位置和着火状态的变化。但是, 相关性火检的优点是以两个检测器特性完全一致为前提, 而实际运用中, 因设计、制造等方面的原因, 及运行中污染状况等因素的影响, 两个检测器特性难以保证完全一致,这严重影响其优势的彻底发挥。同时, 使用相关性火检与使用一般火检相比, 火检器数量增加一倍, 无疑会使安装、调试及运行维护费用大大增加, 因此其推广应用受到一定的限制。

阶段二：数字式火焰检测器

数字式火焰检测器以FORNEY 产品为代表, 该火焰检测采用独特的火焰检测方法, 使用微处理器及相应的软件算法, 通过检测目标火焰的幅度和频率, 并与在学习方式下存储的背景火焰图像进行比较, 从而精确确定火焰的有无。

阶段三：图像火焰检测

随着计算机软、硬件的迅速发展，伴随数字图像处理技术的应用，国内外研究者纷纷把目光投向了可视化的监视和控制系统，在这种背景下，基于人工智能、模式识别、神经网络等新理论的发展，结合数字图像处理技术，开发基于火焰图像信号的火焰检测。

国内火焰检测器的开发和研制也有几十年的历史。经历了由早期的金属探极型火焰检测器到基于火焰闪烁频率的火焰检测器的过程，相对于国外的研制水平，我国在这方面的研究是比较落后的，具体还表现在：火焰检测的稳定性不强，功能相对简单，采用的控制芯片仍然停留在51单片机上，信号处理能力和处理速度远远达不到国外火焰检测的水平。

近年来国内在图像火检方面获得了较大的发展，烟台龙源公司经过长期研究开发了图像火检探头，南京万和有限公司引入德国图像检测技术等。

当前国内大部分火焰检测采用的是国外FORNEY、ABB等公司的生产的火焰检测器，使用情况不是太尽人意，最主要的问题是无法解决相邻或者相对的两个燃烧喷嘴引起的火焰检测的“偷窥”现象（是指实际没有火焰或者火焰很小的燃烧喷嘴由于被检测到相邻或相对位置的燃烧喷嘴的火焰的强度等信息，导致得到错误判断），这种“偷窥”现象会带来误报、漏报可能，导致直接的经济损失，更严重的是导致炉膛爆炸的危害。

由于国内的煤的挥发份存在着较大的差异性，国外的这种火焰检测装置对中国的不同煤种难以做到自适应，尤其在燃烧炉动态工况下有误报、漏报情况发生。

国内的图像火检大部分定位于全炉膛火焰数字图像处理与监测系统，这种图像火检检测的是整个全炉膛的宏观的火焰燃烧情况，对于单个火焰燃烧器这种微观的图像火检的研究仅限于对火焰燃烧器轮廓大小、纹理判断等方法来判断炉膛有无火的判断，至于火焰燃烧的质量量化的评价以及根据当前的火焰燃烧图像分析结果去控制送风量的控制仍处于研究状态。

发明内容