火焰图像监测系统研究 第4页
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鼠标和显示器一套键盘鼠标和显示器放在现场一套放在控制室
系统中通信采用RS 232串口进行通信系统的拓扑结构为星结构
如图2.2由于系统需要使用多个RS232端口而一般得计算机中仅
仅提供两个RS232端口所以这里使用了一个多端口通信模块扩展计
算机的RS232通信端口使计算机通过该通信模块进行有效的通信
视频信号
图2.2通信模块连接示意图
§2.3系统硬件
根据图2.1和系统功能可知系统主要有火焰图像传感器视频分配
器视频切换矩阵画面分割器上位机工程师站下位机工作站和录
像机等组成火焰图像传感器获得单个燃烧器的燃烧火焰然后经过视
频分配器和视频切换矩阵分别传向上位机工程师站和下位机工作站
上位机工程师站负责画面的显示和全炉膛的燃烧火焰偏斜的判断并提
供其他的燃烧状况信息下位机工作站负责判断单个火焰燃烧器的燃烧
状况能准确给出单火焰燃烧的On/Off信号
画面分割器通信卡华北电力大学北京硕士学位论文
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2.3.1火焰图像传感器
火焰图像传感器由传像光纤CCD摄像机和冷却系统组成结构示
意图如图2.3示
图2.3传感器示意图
传像光纤由1.5万传像束组成光纤前端是成像物镜直接深入炉膛
获取单火焰燃烧图像图像经过传像束传到光纤的后端在后端有一CCD
摄像机完成光电转换形成标准电视信号CCD摄像机和传像光纤使
用自然风进行冷却风通过保护套管直接吹入炉膛内
CCD是英文CHARGE-COUPLED DEVICES的缩写一般翻译为
电荷藕合器件是一种以电荷包的形式存储和传递信息的半导体表面
器件
图2.4单个CCD栅极电压变化对耗尽层的影响
电荷藕合器件的突出特点是以电荷作为信号而不是以电流或者电
压作为信号图2.4中给出了CCD电荷存储的原理图a说明了在栅
极G未施加正偏压UG之前P型半导体的空穴多数载流子的分布是
均匀的当栅极施加正偏压UG此时UG小于P型半导体的阈值电压Uth
物镜传像光纤C
CD摄像机
冷却风
保护套管华北电力大学北京硕士学位论文
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后空穴被排斥产生耗尽区如图2.4 b所示偏压继续增加耗
尽区将进一步向半导体内延伸当UG>Uth时半导体与绝缘体界面上的
电势常称为表面势用
S
φ表示变得如此之高以致于将半导体内的
电子少数载流子吸引到表面形成一层极薄的约102
μm但
电荷
浓度很高的反型层如图2.4 c所示反型层电荷的存在表明了MOS
结构存储电荷的功能
CCD器件的光敏单元通过光注入方式将光信号转换为电荷信号当
光照射到CCD硅片上时在栅极附近的半导体内产生电子-空穴对其
多数载流子被栅极电压排开少数载流子被收集在势井中形成信号电荷
光注入电荷
IP
Q为
IPeoc
Q=ηq?nAT
其中η为材料的量子效率q为电子的电荷量
eo
?n为入射光的
光子流速率A光敏单元的受光面积
c
T为光注入时间
光信号
图2.5视频信号形成示意图
图2.5简要说明了视频信号的形成过程CCD矩阵单元在驱动电路
的作用下将光信号转换为电荷信号然后经过视频信号处理电路形成标
准的电视信号
2.3.2视频分配器
系统采用PIH-6002型视频分配器该分配器可以将一路视频输入信
号转换成不失真的多路视频输出信号如图2.6示PIH-6002采用独立
双管直接耦合的AC和DC负反馈放大电路构成自动增益调节灵敏抗
干扰能力强工作稳定可靠
CCD矩阵驱动电路视
频信号
处理电路华北电力大学北京硕士学位论文
图2.6视频信号分配器连线示意图
PIH-6002主要参数如下
视频输入1Vp-p至2Vp-p 75ohm
视频输出1Vp-p至2Vp-p 75ohm
视频增益1dB
频率响应10Hz-15Hz
频宽1Hz至15Hz
输入电压AC117 60Hz AC220V 50Hz
功率2.5W
2.3.3视频切换矩阵
视频信号切换器如图2.7实现十优路输入四路输出的功能上
位机工程师站通过端口通信模块控制视频切换器选择第一层第二层
第三层和第四层的视频信号源
图2.7切换矩阵连接示意图
继电器卡四选一切换器四选一切换器四选一切换器四选一切换器
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