CN104819778A - 一种具有供电优化的回转窑胴体表面温度监控预警*** - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有供电优化的回转窑胴体表面温度监控预警***，包含微控制器模块以及与其连接的红外辐射扫描仪、同步信号模块、显示模块、报警模块和电源模块；所述微控制器模块包含计算单元、对比单元和控制单元，所述电源模块包括太阳能充电装置、电池、稳压器、比较器，所述太阳能充电装置连接电池，用于将利用太阳能产生的电能存储至电池中，所述电池通过稳压器连接传感器节点，用于提供传感器节点所需电能，所述电池还连接一比较器，用于实时将电池输出电压和设定值进行对比，进而控制太阳能充电装置的开闭。
Description
技术领域
本发明涉及一种红外光测量***，尤其涉及一种具有供电优化的回转窑胴体表面温度监控预警***，属于温度测量领域。
背景技术
在水泥生产过程中，最重要的工艺环节是水泥熟料的煅烧，回转窑是实现水泥熟料煅烧的核心设备，它的运转情况直接关系到熟料的产量、质量和原料、燃料消耗。温度过高、热振荡过大会引起回转窑窑衬的损坏，严重时还会殃及窑胴体，回转窑生产熟料的过程中，决定窑能否优质、高产、低消耗地生产和安全运转的关键因素是窑衬。有鉴于此，在窑运转过程中，实时地了解窑内状况，及时采取相应的措施，防止窑衬及窑胴体损坏是回转窑实现经济运行的重要保证。
回转窑在运行过程中是不停地回转的，其回转速度不断变化；窑胴体表面温度是一个多变量函数，它不但与时间、窑轴向位置、窑胴体表面周向位置等因素相关，还受环境温度及其它因素的影响，因此，窑胴体表面温度不同于其他热工参数，难以用常规的检测手段来检测和显示。
例如申请号为“201110036109.7”的一种红外测温方法，包括如下步骤：(1)在实际测得被测物的温度为t时，利用自动可变双波长红外检测装置测得被测物的辐射强度E1(λ1,t)和E2(λ2,t)，其中，E1(λ1,t)是对应波长λ1时被测物的辐射强度，E2(λ2,t)是对应波长λ2时被测物的辐射强度；(2)将测得的E1(λ1,t)，E2(λ2,t)代入和的公式中，并解出α,δ系数的值，其中，α,δ是随被测物的材料成分、温度以及测量波长而变的系数；(3)将解出的系数α,δ的值代回被测物辐射强度公式E(λ,t)＝αλ-5(eδ/λt-1)-1中，得到在给定波长下被测物的辐射强度与被测物温度之间的对应关系曲线；以及(4)利用自动可变双波长红外检测装置在给定波长下测得被测物的辐射强度，并且基于在给定波长下被测物的辐射强度与被测物温度之间的对应关系曲线得到被测物的温度。该发明测量精度有待进一步提高。
又如申请号为“201310080745.9”的一种红外测温仪检定的技术领域，尤其涉及一种红外测温仪检定成套装置，是对红外测温仪的各项性能指标进行检定的设备。该发明包括以下部分：三维运动***、三维运动控制与记录装置、发热源装载平台和靶面。该发明具有自动化程度高、实用性强、设计新颖、操作简单等特点,能对各种型号规格及外形不同的红外测温仪的各项性能指标进行检定。解决了红外测温仪器的距离比和瞄准器精度的检定的问题，使红外测温仪的测量值得到溯源，使应用于生产领域的红外测温仪能够得到有效的监控，保证了电气设备运用监控设备检测数据的准确可靠,该发明测量精度有待进一步提高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对背景技术的不足提供了一种具有供电优化的回转窑胴体表面温度监控预警***。
本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：
一种具有供电优化的回转窑胴体表面温度监控预警***，包含微控制器模块以及与其连接的红外辐射扫描仪、同步信号模块、显示模块、报警模块和电源模块；所述微控制器模块包含计算单元、对比单元和控制单元，所述电源模块包括太阳能充电装置、电池、稳压器、比较器，所述太阳能充电装置连接电池，用于将利用太阳能产生的电能存储至电池中，所述电池通过稳压器连接传感器节点，用于提供传感器节点所需电能，所述电池还连接一比较器，用于实时将电池输出电压和设定值进行对比，进而控制太阳能充电装置的开闭；
其中，红外辐射扫描仪，用于向回转窑胴体发射红外光，进而接收来自回转窑胴体表面的红外辐射强度；
同步信号模块，用于将红外辐射扫描仪接收的红外辐射强度同步到计算单元；
计算单元，用于根据接收到的红外辐射强度，通过计算出回转窑胴体的表面温度；
其中，Lλ为红外辐射强度，λ为红外波长，c为红外光光速，h为普尔克常熟，k为玻尔兹曼常熟，T为回转窑胴体的表面温度；
对比单元，用于将计算单元计算出的回转窑胴体的表面温度与正常值进行对比，若超过正常值则发送信号至控制单元；
控制单元，用于根据接收对比单元发送的信号控制报警模块发出警报；
显示模块，用于实时显示微控制器模块计算出的回转窑胴体的表面温度。
作为本发明一种具有供电优化的回转窑胴体表面温度监控预警***的进一步优选方案，所述微控制器模块为AVR系列单片机。
作为本发明一种具有供电优化的回转窑胴体表面温度监控预警***的进一步优选方案，所述显示模块为LCD显示屏。
作为本发明一种具有供电优化的回转窑胴体表面温度监控预警***的进一步优选方案，所述报警模块采用声光报警器。
作为本发明一种具有供电优化的回转窑胴体表面温度监控预警***的进一步优选方案，所述电源模块采用可充电锂电池。
本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
1、本发明结构简单、测量精度高；
2、本发明通过红外辐射扫描仪能够安全准确的实时地获取回转窑胴体表面温度；
3、本发明实现了对回转窑胴体温度实时、连续的测量，并可以根据窑正常运行的胴体表面不同区段的温度范围，设定报警温度，进而可以更加准确的对回转窑胴体的保护；
4、本发明供电采用太阳能供电，并且能够实时分析电池电压状态，达到智能化的对电池进行充电，有效地延长了电池的使用寿命。
附图说明
图1是本发明的结构原理图；
图2是本发明电源模块原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：
如图1所示，一种具有供电优化的回转窑胴体表面温度监控预警***，包含微控制器模块以及与其连接的红外辐射扫描仪、同步信号模块、显示模块、报警模块和电源模块；所述微控制器模块包含计算单元、对比单元和控制单元，所述电源模块包括太阳能充电装置、电池、稳压器、比较器，所述太阳能充电装置连接电池，用于将利用太阳能产生的电能存储至电池中，所述电池通过稳压器连接传感器节点，用于提供传感器节点所需电能，所述电池还连接一比较器，用于实时将电池输出电压和设定值进行对比，进而控制太阳能充电装置的开闭；
其中，红外辐射扫描仪，用于向回转窑胴体发射红外光，进而接收来自回转窑胴体表面的红外辐射强度；
同步信号模块，用于将红外辐射扫描仪接收的红外辐射强度同步到计算单元；
计算单元，用于根据接收到的红外辐射强度，通过计算出回转窑胴体的表面温度；
其中，Lλ为红外辐射强度，λ为红外波长，c为红外光光速，h为普尔克常熟，k为玻尔兹曼常熟，T为回转窑胴体的表面温度；
对比单元，用于将计算单元计算出的回转窑胴体的表面温度与正常值进行对比，若超过正常值则发送信号至控制单元；
控制单元，用于根据接收对比单元发送的信号控制报警模块发出警报；
显示模块，用于实时显示微控制器模块计算出的回转窑胴体的表面温度。
其中，所述微控制器模块为AVR系列单片机，所述显示模块为LCD显示屏，所述报警模块采用声光报警器，所述电源模块采用可充电锂电池。
快速红外辐射扫描仪是一种具有快速扫描功能的红外辐射测温仪，安装在距回转窑30～100m处的适当位置，扫描角度为90°。它的旋转扫描器通过光学***接收来自回转窑胴体表面一个特定区域(称为测量元)的红外辐射，测量元沿平行于回转窑轴线的方向呈直线状排列。快速红外测温扫描仪沿回转窑轴线的方向每秒钟扫描150次，回转窑每转一圈，产生200～400个完整扫描。某一个扫描得到的是：代表回转窑胴体表面某一个狭窄区域温度分布的电压信号和基准温度的电压信号，这些数据再经过相关处理就可以得到回转窑内某一区段的工况。如窑皮均匀与否、结圈情况、窑皮或窑衬脱落位置、热斑的范围等信息。
窑同步基准信号发生器在回转窑每转一整圈时，产生一个用作同步基准的同步脉冲，送入嵌入式***。嵌入式***以同步脉冲为基准，采集窑的温度数据
AVR单片机具有预取指令功能，即在执行一条指令时，预先把下一条指令取进来，使得指令可以在一个时钟周期内执行；多累加器型，数据处理速度快；AVR单片机具有32个通用工作寄存器，相当于有32条立交桥，可以快速通行；中断响应速度快。AVR单片机有多个固定中断向量入口地址，可快速响应中断；AVR单片机耗能低。对于典型功耗情况，WDT关闭时为100nA，更适用于电池供电的应用设备；有的器件最低1.8V即可工作；AVR单片机保密性能好。
本发明快速红外测温扫描仪对回转窑胴体温度进行实时、连续的测量，测量数据处理后，可以根据窑正常运行的胴体表面不同区段的温度范围，设定报警温度。窑运行过程中，胴体表面任意一处实际温度超过正常温度时，***立即给出报警信号。
温度高于绝对零度的物体，它就在不停地向周围空间辐射电磁波。这种由于物体内部的带电粒子在原子和分子内振动而产生的电磁波，称为热辐射。热辐射只是整个电磁波的一个组成部分，热辐射电磁波是由波长相差很大的红外线、可见光、紫外线所组成。红外辐射一般指波长在0.75～1000μm之间的热辐射。普朗克黑体辐射模型是红外辐射理论的出发点，绝对黑体的辐射能力与波长(λ)及温度(T)之间的函数关系如下所示。微控制器模块通过计算出回转窑胴体的表面温度，其中，Lλ为红外辐射强度，λ为红外波长，c为红外光光速，h普尔克常熟，k玻尔兹曼常熟，T回转窑胴体的表面温度。
图2是电源模块结构原理图。稳压器输出电压降至2.75V。比较器比较此值于电池的电压值。当阳光充足并且电池的电压低于2.75V时，比较器打开开关，对电池充电。否则，当电池的电压等于或大于2.75V时，开关关闭阻止充电过程。二极管用来阻止电流由电池流入太阳能电池板。
本技术领域技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以再不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。
Claims (5)
1.一种具有供电优化的回转窑胴体表面温度监控预警***，其特征在于：包含微控制器模块以及与其连接的红外辐射扫描仪、同步信号模块、显示模块、报警模块和电源模块；所述微控制器模块包含计算单元、对比单元和控制单元，所述电源模块包括太阳能充电装置、电池、稳压器、比较器，所述太阳能充电装置连接电池，用于将利用太阳能产生的电能存储至电池中，所述电池通过稳压器连接传感器节点，用于提供传感器节点所需电能，所述电池还连接一比较器，用于实时将电池输出电压和设定值进行对比，进而控制太阳能充电装置的开闭；
其中，红外辐射扫描仪，用于向回转窑胴体发射红外光，进而接收来自回转窑胴体表面的红外辐射强度；
同步信号模块，用于将红外辐射扫描仪接收的红外辐射强度同步到计算单元；
计算单元，用于根据接收到的红外辐射强度，通过计算出回转窑胴体的表面温度；
其中，Lλ为红外辐射强度，λ为红外波长，c为红外光光速，h为普尔克常熟，k为玻尔兹曼常熟，T为回转窑胴体的表面温度；
对比单元，用于将计算单元计算出的回转窑胴体的表面温度与正常值进行对比，若超过正常值则发送信号至控制单元；
控制单元，用于根据接收对比单元发送的信号控制报警模块发出警报；
显示模块，用于实时显示微控制器模块计算出的回转窑胴体的表面温度。
2.根据权利要求1所述的一种具有供电优化的回转窑胴体表面温度监控预警***，其特征在于：所述微控制器模块为AVR系列单片机。
3.根据权利要求1所述的一种具有供电优化的回转窑胴体表面温度监控预警***，其特征在于：所述显示模块为LCD显示屏。
4.根据权利要求1所述的一种具有供电优化的回转窑胴体表面温度监控预警***，其特征在于：所述报警模块采用声光报警器。
5.根据权利要求1所述一种具有供电优化的回转窑胴体表面温度监控预警***，其特征在于：所述电源模块采用可充电锂电池。
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