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烟尘测量中图像法的应用研究

王素婷  
【摘要】:近年来,随着国民经济和现代工业技术的快速发展,环境污染问题日益严重,严重危害着人们的身体健康,已经越来越引起了各界的关注。其中,电厂排放的颗粒物是造成环境污染的重要原因之一。目前,我国已经颁布了固定污染源的排放标准,为了达到其超低排放标准,对电厂中烟尘浓度的实时监测就变得尤为重要。目前,我国的烟尘浓度监测产品大多是基于光散射法和滤膜称重法,但是光散射法量值溯源性不好,滤膜称重法操作繁琐且自动化程度不高。基于此,本文采用图像法对烟道内烟尘颗粒浓度进行监测,该方法为非接触式的测量方法,将CCD(电荷耦合器件)相机和照明光源都布置在管道外部,不仅可以反映烟尘颗粒的分布情况,而且不改变烟道内的两相流场,测量精度更高。本文所设计的烟尘浓度测量系统主要包括CCD相机、放大镜头以及照明激光器,具有成本不高、安全可靠的优点,有利于今后的工业推广。本文做的主要工作如下:(1)设计了烟尘颗粒测量系统的总体框架,并在实验室搭建了CCD相机和激光器摆放角度成90~°角的烟尘颗粒静态测量系统,同时,设计了相机和激光器的控制装置,由单片机控制电机运行,可实现其在水平方向做180~°转动,以及竖直方向上精度为5μm的距离调节,使采集图像更加方便智能。(2)针对颗粒图像的噪声,采用TV(全变分)去噪作为滤波方法,结果表明,TV去噪在有效去除高斯白噪声和椒盐噪声的同时可更好的保留颗粒边缘信息。图像二值化时,针对传统OTSU(最大类间方差)算法存在的问题,采用一种优化后的OTSU算法,不仅缩小了阈值搜索范围、而且将图像的类内方差也考虑在内,该算法的分割效果更好,可有效改善颗粒的孔洞情况。针对粘连的颗粒,采用将分水岭分割与形态学重建和距离变换相结合的算法处理,可有效避免过分割现象。(3)详细研究了图像法测量烟尘颗粒物浓度的原理,并且通过烟尘颗粒的静态实验,表明了图像法测量颗粒物浓度的可行性。(4)在实验室搭建了一个烟尘颗粒物发生装置,由PLC控制运行,可实现烟道内烟尘颗粒物浓度的定量配比。


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