專利名稱：爐口輻射信息融合用于煉鋼在線終點(diǎn)控制的系統(tǒng)及其方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于用于轉(zhuǎn)爐(Basic Oxygen Furnace,簡(jiǎn)稱BOF)煉鋼吹煉過(guò)程的終點(diǎn)控 制技術(shù)，特別是一種爐口輻射信息融合用于煉鋼在線終點(diǎn)控制的系統(tǒng)及其方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)在關(guān)于轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)判定的傳統(tǒng)方法主要有靜態(tài)控制模型和動(dòng)態(tài)控制模型的方法。 靜態(tài)模型依據(jù)物料平衡原理和熱平衡原理，對(duì)吹煉過(guò)程的初始條件進(jìn)行定量計(jì)算，但是，由 于未考慮吹煉過(guò)程的信息，不能進(jìn)行在線跟蹤實(shí)時(shí)修正。動(dòng)態(tài)控制主要是副槍設(shè)備，副槍可 以通過(guò)把在轉(zhuǎn)爐的吹煉過(guò)程中副槍測(cè)得的結(jié)果與預(yù)定的吹煉目標(biāo)相比較后，按照兩者的偏 差來(lái)修正吹煉操作，但是，受副槍的尺寸及副槍投資成本高的限制，現(xiàn)在僅使用在大型的轉(zhuǎn) 爐鋼廠，還無(wú)法推廣到中小型轉(zhuǎn)爐廠。 因而，目前，國(guó)內(nèi)煉鋼中占主體的中小型轉(zhuǎn)爐鋼廠仍主要使用以單一靜態(tài)模型為 基礎(chǔ)，以操作臺(tái)儀表顯示和人工經(jīng)驗(yàn)為依據(jù)的終點(diǎn)判定方法。在實(shí)際操作中，倒?fàn)t測(cè)溫定碳 后再進(jìn)行下一步操作，但是一般情況下，受吹煉過(guò)程的復(fù)雜程度和工人的精神狀態(tài)的影響， 一次拉碳的命中率往往比較低，常常需要進(jìn)行補(bǔ)吹操作，這就降低生產(chǎn)率，影響鋼水質(zhì)量， 加大了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。 由于傳統(tǒng)方法或者對(duì)終點(diǎn)判斷不準(zhǔn)確，或者成本高適用性不廣，逐漸出現(xiàn)了一些 對(duì)轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)進(jìn)行判斷的新型終點(diǎn)控制方法，其中一種光學(xué)方法授予沙潤(rùn) 阿洛克的中國(guó)專 利96197034中。 該專利設(shè)計(jì)了一種帶冷卻系統(tǒng)和除塵空氣刷的光傳感器測(cè)量設(shè)備，該設(shè)備在距 離290噸大型轉(zhuǎn)爐30英尺的較近距離下采集轉(zhuǎn)爐爐口可見(jiàn)光的560nm波長(zhǎng)段的光強(qiáng)度， 通過(guò)把測(cè)得轉(zhuǎn)爐吹煉過(guò)程的最大光強(qiáng)度差和同一時(shí)刻的吹氧量作為模型輸入變量送給專 用的可編程控制器進(jìn)行計(jì)算，來(lái)得到此刻鋼水的在吹碳含量。該專利認(rèn)為該技術(shù)適用于含 0. 06%或更少的低碳鋼的含碳量及一次拉碳的含碳量的預(yù)測(cè)。 但是該專利所涉及的裝置本身造成了成本的提高，前期每次采樣時(shí)間為60s，后期 每次采樣時(shí)間為4s，這都對(duì)數(shù)據(jù)樣本的連續(xù)性帶來(lái)了一定的影B向，并會(huì)丟失有效數(shù)據(jù)，尤其 是在吹煉關(guān)鍵后期階段。 在該專利中，所用方法目前只適用于供氧穩(wěn)定的、200t以上大型轉(zhuǎn)爐、含碳量低于 0. 05%范圍內(nèi)的鋼水終點(diǎn)碳含量的控制，而且裝置中有繁瑣的冷卻裝置和除塵裝置，在判 定中高碳鋼轉(zhuǎn)爐時(shí)，使用該專利有著較大的誤差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種用于轉(zhuǎn)爐煉鋼現(xiàn)場(chǎng)的準(zhǔn)確、低成本、非接觸遠(yuǎn)距離、易 操作、使用可靠的轉(zhuǎn)爐煉鋼終點(diǎn)在線測(cè)量控制的系統(tǒng)和用于轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)預(yù)測(cè)的模型及方法， 從而能解決當(dāng)前轉(zhuǎn)爐煉鋼吹煉終點(diǎn)難以準(zhǔn)確預(yù)測(cè)的問(wèn)題。
實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為一種爐口輻射信息融合用于煉鋼在線終點(diǎn)控制的系統(tǒng)，包括爐口輻射獲取分系統(tǒng)、光纖譜分復(fù)用分系統(tǒng)、多光譜復(fù)合探測(cè)分系統(tǒng)、爐口 火焰視頻獲取分系統(tǒng)和綜合判定分系統(tǒng)；爐口輻射獲取分系統(tǒng)連接光纖譜分復(fù)用分系統(tǒng)， 該光纖譜分復(fù)用分系統(tǒng)連接多光譜復(fù)合探測(cè)分系統(tǒng)，該多光譜復(fù)合探測(cè)分系統(tǒng)通過(guò)串口與 綜合判定分系統(tǒng)相連接；爐口火焰視頻獲取分系統(tǒng)包括配備著光學(xué)鏡頭的CCD攝像機(jī)和視 頻采集卡，CCD攝像機(jī)架設(shè)在爐口輻射獲取分系統(tǒng)上，該攝像機(jī)連接視頻采集卡，該視頻采 集卡連接綜合判定分系統(tǒng)； 爐口輻射獲取分系統(tǒng)把轉(zhuǎn)爐爐口火焰輻射的光譜能量信息采集下來(lái)，并成像到焦 平面上，光纖譜分復(fù)用分系統(tǒng)的一端與爐口輻射獲取分系統(tǒng)的焦平面耦合，另一端把采集 到的光譜能量信息等分成四路或四路以上通道，并分別傳輸?shù)脚鋫渲煌ㄩL(zhǎng)干涉濾光片 的與通道相對(duì)應(yīng)的光電探測(cè)器中去，這些光電探測(cè)器位于多光譜復(fù)合探測(cè)分系統(tǒng)的接收 端，通過(guò)該多光譜復(fù)合探測(cè)分系統(tǒng)將光信號(hào)轉(zhuǎn)變成電信號(hào)并通過(guò)串口傳送給綜合判定分系 統(tǒng)的串口接收軟件，進(jìn)行爐口輻射的光譜光強(qiáng)信息的接收、存儲(chǔ)和繪圖操作；將爐口火焰視 頻獲取分系統(tǒng)的CCD攝像機(jī)調(diào)整與爐口輻射獲取分系統(tǒng)的采集視覺(jué)吻合，該CCD攝像機(jī)采 集到轉(zhuǎn)爐爐口火焰視頻圖像的RGB顏色模型信息后，通過(guò)視頻輸入端傳輸?shù)揭曨l采集卡， 該視頻采集卡利用綜合判定分系統(tǒng)[5]的圖像采集處理軟件，把該RGB顏色模型信息通過(guò) 顏色模型轉(zhuǎn)換后的HSV顏色模型中的色度信息存儲(chǔ)，得到的該色度信息作為爐口火焰圖像 的特征信息數(shù)據(jù)，根據(jù)該數(shù)據(jù)進(jìn)行繪圖操作；最終，綜合判定分系統(tǒng)的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)終點(diǎn)預(yù) 測(cè)模型利用得到光譜光強(qiáng)信息和爐口火焰圖像信息這兩部分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)爐煉鋼的在線終 點(diǎn)預(yù)測(cè)控制。 —種爐口輻射信息融合用于煉鋼在線終點(diǎn)控制的方法，步驟如下 第一步，獲取光譜光強(qiáng)信息，把轉(zhuǎn)爐爐口火焰輻射的光譜能量信息采集下來(lái)，通過(guò)
光纖譜分復(fù)用分系統(tǒng)把采集到的光譜能量信息等分成四路或四路以上通道，通過(guò)多光譜復(fù)
合探測(cè)分系統(tǒng)將光信號(hào)轉(zhuǎn)變成電信號(hào)并通過(guò)串口接收軟件接收，得到爐口輻射處的光譜光
強(qiáng)信息數(shù)據(jù)，根據(jù)該數(shù)據(jù)進(jìn)行繪圖操作； 第二步，獲取爐口火焰圖像信息，采集的轉(zhuǎn)爐爐口火焰視頻圖像的RGB顏色模型 信息，通過(guò)視頻輸入端傳輸?shù)揭曨l采集卡，該視頻采集卡利用圖像采集處理軟件，把該RGB 顏色模型信息通過(guò)顏色模型轉(zhuǎn)換后的HSV顏色模型中的色度信息存儲(chǔ)，得到的該色度信息 作為爐口火焰圖像的特征信息數(shù)據(jù)，根據(jù)該數(shù)據(jù)進(jìn)行繪圖操作； 第三步，把光譜光強(qiáng)信息和爐口火焰圖像信息進(jìn)行基準(zhǔn)調(diào)整，將相對(duì)較小的光譜 光強(qiáng)值的放大倍數(shù)進(jìn)行調(diào)整，即把吹煉末期圖像最高值對(duì)應(yīng)時(shí)刻所對(duì)應(yīng)的光譜光強(qiáng)值調(diào)整 為同樣大小的圖像值，以此得到的放大倍數(shù)作為全局變量的調(diào)整基數(shù)；同時(shí)利用等權(quán)中心 滑動(dòng)濾波方法對(duì)上述數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波平滑及去噪聲處理，最終得到轉(zhuǎn)爐吹煉中的光譜光強(qiáng)和 圖像特征變化曲線圖； 第四步，構(gòu)建的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型對(duì)終點(diǎn)時(shí)刻進(jìn)行定量的判斷，首先選擇BP神經(jīng) 網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)模型中輸入變量，假定選定全部變量個(gè)數(shù)為m，隱含層的神經(jīng)元數(shù)為h， z為網(wǎng)絡(luò) 輸出，則hr為隱含層各節(jié)點(diǎn)的輸入，Hr為隱含層各節(jié)點(diǎn)的輸出，定義G = Cov(hr， x》wj Var (h》為輸入節(jié)點(diǎn)s對(duì)隱節(jié)點(diǎn)r的影響值，gr = Cov(Hr， z)w乂Var (H》為隱節(jié)點(diǎn)r對(duì)輸出 的影響值，Qs =E Gfsgr為輸入變量對(duì)總體輸出的影響值；若總體變量中的n個(gè)變量的影響 之和占總體影響值的90X以上，則選取這n個(gè)變量為網(wǎng)絡(luò)模型的輸入變量；
其次，最終所選用的模型的輸入輸出參量為 (l)BP網(wǎng)絡(luò)模型的輸出量考慮到整個(gè)模型是實(shí)現(xiàn)煉鋼終點(diǎn)時(shí)間的預(yù)測(cè)，所以選 擇為轉(zhuǎn)爐煉鋼吹煉終點(diǎn)時(shí)間T(單位秒)作為模型的輸出； (2)BP網(wǎng)絡(luò)模型的輸入量由于將轉(zhuǎn)爐煉鋼吹煉終點(diǎn)時(shí)間T作為模型的輸出，考慮 到整個(gè)過(guò)程中后期的值相對(duì)穩(wěn)定，所以比較分析后，選定400-500秒時(shí)間段的光譜光強(qiáng)均 值、圖像均值、兩者間的比值，吹煉末期圖像值最大點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的時(shí)間，該最大點(diǎn)對(duì)應(yīng)的圖像 值、光譜光強(qiáng)值以及兩者間比值以上七個(gè)變量作為輸入?yún)⒘浚?最后，基于光譜光強(qiáng)和圖像特征變化曲線圖和模型的輸入輸出變量建立BP神經(jīng) 網(wǎng)絡(luò)終點(diǎn)預(yù)測(cè)模型，利用現(xiàn)場(chǎng)采集的大量的轉(zhuǎn)爐煉鋼吹煉數(shù)據(jù)，經(jīng)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)終點(diǎn)預(yù)測(cè)模 型的訓(xùn)練后，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)吹煉爐次的終點(diǎn)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)模型的實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)，利用該模型得到的終點(diǎn)預(yù) 測(cè)值和終點(diǎn)實(shí)際值的現(xiàn)場(chǎng)對(duì)比結(jié)果，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)爐的終點(diǎn)預(yù)測(cè)控制。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(diǎn) (1)通過(guò)使用望遠(yuǎn)系統(tǒng)與光纖譜分復(fù)用系統(tǒng)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)距離探測(cè)(20m)，這 樣就實(shí)現(xiàn)了不用繁瑣的冷卻裝置和除塵裝置就可以在煉鋼的惡劣環(huán)境下正常工作；
(2)提出了一種光纖譜分復(fù)用技術(shù)，可全面提取轉(zhuǎn)爐爐口光輻射多光譜圖樣，從而 能更本質(zhì)地獲取輻射信息的內(nèi)在聯(lián)系，同時(shí)也提高測(cè)量精度和可靠性。
(3)提出了將爐口火焰視頻圖像特征信息的提取放在與視覺(jué)顏色相關(guān)的信息分析
上的方法，并結(jié)合光譜光強(qiáng)信息，分析得到了反映爐內(nèi)吹煉反應(yīng)過(guò)程的轉(zhuǎn)爐光輻射吹煉變
化曲線圖。該光輻射吹煉變化曲線中的測(cè)試數(shù)據(jù)獲取簡(jiǎn)便、可行、精確、實(shí)時(shí)。 (4)構(gòu)建的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)終點(diǎn)預(yù)測(cè)模型，結(jié)果表明響應(yīng)時(shí)間小于2s，在8s內(nèi)的預(yù)測(cè)
精度超過(guò)85% ，滿足轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)在線快速判定和預(yù)測(cè)精度的要求。
(5)上述系統(tǒng)和方法，其特色是測(cè)量控制方法在線實(shí)時(shí)、裝置簡(jiǎn)單而且成本低廉， 對(duì)提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低成本，促進(jìn)工藝裝備現(xiàn)代化將有明顯的效果，能對(duì)現(xiàn)階段實(shí)際生產(chǎn)過(guò) 程中的轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)控制提供參考依據(jù)，有廣闊的應(yīng)用前景。
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。


圖1是本發(fā)明爐口輻射信息融合用于煉鋼在線終點(diǎn)控制系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)圖。 圖2是多光譜輻射探測(cè)分系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。 圖3是色度分量的三維圖。 圖4是光譜光強(qiáng)和圖像特征值的變化曲線圖。 圖5是構(gòu)建的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)終點(diǎn)預(yù)測(cè)模型結(jié)構(gòu)圖。 圖6是終點(diǎn)實(shí)際值和BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)終點(diǎn)預(yù)測(cè)值的對(duì)比圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明構(gòu)建了一種基于光譜輻射理論和經(jīng)驗(yàn)煉鋼理論的爐口輻射信息融合用于 轉(zhuǎn)爐(B0F)煉鋼在線終點(diǎn)控制的系統(tǒng)，包括爐口輻射獲取分系統(tǒng)1、光纖譜分復(fù)用分系統(tǒng)3、 多光譜復(fù)合探測(cè)分系統(tǒng)4、爐口火焰視頻獲取分系統(tǒng)2、綜合判定分系統(tǒng)5，其中綜合判定分 系統(tǒng)5包括串口接收軟件，圖像采集處理軟件，BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)終點(diǎn)預(yù)測(cè)模型三部分。該系統(tǒng)
7的整體結(jié)構(gòu)圖如圖l所示。 爐口輻射獲取分系統(tǒng)1連接光纖譜分復(fù)用分系統(tǒng)3，該光纖譜分復(fù)用分系統(tǒng)3連接 多光譜復(fù)合探測(cè)分系統(tǒng)4，該多光譜復(fù)合探測(cè)分系統(tǒng)4通過(guò)串口與綜合判定分系統(tǒng)5相連 接；爐口火焰視頻獲取分系統(tǒng)2包括配備著光學(xué)鏡頭的CCD攝像機(jī)和視頻采集卡，CCD攝像 機(jī)架設(shè)在爐口輻射獲取分系統(tǒng)1上，該攝像機(jī)連接視頻采集卡，該視頻采集卡連接綜合判 定分系統(tǒng)5。 工作流程如下?tīng)t口輻射獲取分系統(tǒng)1把轉(zhuǎn)爐爐口火焰輻射的光譜能量信息采集 下來(lái)，并成像到焦平面上，光纖譜分復(fù)用分系統(tǒng)3的一端與爐口輻射獲取分系統(tǒng)1的焦平面 耦合，另一端把采集到的光譜能量信息等分成四路或四路以上通道，并分別傳輸?shù)脚鋫渲?不同波長(zhǎng)干涉濾光片的與通道相對(duì)應(yīng)的光電探測(cè)器中去，這些光電探測(cè)器位于多光譜復(fù)合 探測(cè)分系統(tǒng)4的接收端，通過(guò)該多光譜復(fù)合探測(cè)分系統(tǒng)4將光信號(hào)轉(zhuǎn)變成電信號(hào)并通過(guò)串 口傳送給綜合判定分系統(tǒng)5的串口接收軟件，進(jìn)行爐口輻射的光譜光強(qiáng)信息的接收、存儲(chǔ) 和繪圖操作；將爐口火焰視頻獲取分系統(tǒng)2的CCD攝像機(jī)調(diào)整與爐口輻射獲取分系統(tǒng)1的 采集視覺(jué)吻合，該CCD攝像機(jī)采集到轉(zhuǎn)爐爐口火焰視頻圖像的RGB顏色模型信息后，通過(guò)視 頻輸入端傳輸?shù)揭曨l采集卡，該視頻采集卡利用綜合判定分系統(tǒng)5的圖像采集處理軟件， 把該RGB顏色模型信息通過(guò)顏色模型轉(zhuǎn)換后的HSV顏色模型中的色度信息存儲(chǔ)，得到的該 色度信息作為爐口火焰圖像的特征信息數(shù)據(jù)，根據(jù)該數(shù)據(jù)進(jìn)行繪圖操作；最終，綜合判定分 系統(tǒng)5的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)終點(diǎn)預(yù)測(cè)模型利用得到光譜光強(qiáng)信息和爐口火焰圖像信息這兩部分 數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)爐煉鋼的在線終點(diǎn)預(yù)測(cè)控制。 從安全角度考慮，在煉鋼現(xiàn)場(chǎng)約20m的操作間內(nèi)架構(gòu)起系統(tǒng)。系統(tǒng)主要儀器的操 作步驟為架設(shè)三腳架；將爐口輻射獲取分系統(tǒng)和CCD攝像機(jī)安裝在三腳架上；在爐口輻 射獲取分系統(tǒng)的焦平面安裝調(diào)焦器；調(diào)節(jié)爐口輻射獲取分系統(tǒng)的方位和俯仰，使火焰中心 與調(diào)焦器的中心重合；調(diào)節(jié)調(diào)焦手輪，使火焰成像清晰；將調(diào)焦器的瞄準(zhǔn)鏡或CCD攝像機(jī)對(duì) 準(zhǔn)火焰，使火焰中心與調(diào)焦器的瞄準(zhǔn)鏡或CCD攝像機(jī)的視場(chǎng)中心重合；取出調(diào)焦鏡，裝上光 纖譜分復(fù)用分系統(tǒng)的粗光纖束；如果在使用過(guò)程中三腳架移動(dòng)，只要以調(diào)焦器的瞄準(zhǔn)鏡或 CCD攝像機(jī)為基準(zhǔn)調(diào)節(jié)儀器主機(jī)位置即可，不必再用調(diào)焦器；上述操作最好以調(diào)焦器的瞄 準(zhǔn)鏡為基準(zhǔn)調(diào)準(zhǔn)儀器主機(jī)。調(diào)整好爐口輻射獲取分系統(tǒng)后，可以使用CCD攝像機(jī)的支架的 螺母并觀測(cè)計(jì)算機(jī)上視頻窗口中的圖像對(duì)CCD攝像機(jī)進(jìn)行細(xì)調(diào)。 1. 1爐口輻射獲取分系統(tǒng)1針對(duì)轉(zhuǎn)爐煉鋼現(xiàn)場(chǎng)的惡劣環(huán)境，為了將遠(yuǎn)處的爐口火 焰成像到焦平面上，選用了雙不膠合物鏡中的大口徑鏡頭，通過(guò)參數(shù)計(jì)算得到了爐口輻射 獲取分系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)表(見(jiàn)表1)，該爐口輻射獲取分系統(tǒng)使用三腳架來(lái)進(jìn)行固定、支撐， 通過(guò)調(diào)整三腳架臺(tái)的高度和轉(zhuǎn)度，來(lái)獲得較好的采集視覺(jué)方位。該爐口輻射獲取分系統(tǒng)包 括由表1所設(shè)計(jì)的大口徑鏡頭，位于爐口輻射獲取分系統(tǒng)焦平面外側(cè)的、可以前后拉伸用 于調(diào)節(jié)火焰成像清晰度的調(diào)焦手輪，以及外置的、可安裝在爐口輻射獲取分系統(tǒng)焦平面上 的用于瞄準(zhǔn)火焰中心的調(diào)焦器。該爐口輻射獲取分系統(tǒng)面對(duì)轉(zhuǎn)爐爐口，以采集轉(zhuǎn)爐爐口輻 射的光譜能量信息；通過(guò)調(diào)節(jié)該爐口輻射獲取分系統(tǒng)上的調(diào)焦手輪，光譜能量信息可以清 晰地成像到該爐口輻射獲取分系統(tǒng)的焦平面上。設(shè)計(jì)的這種爐口輻射獲取分系統(tǒng)有口徑不 受限制、可以利用空氣間隔校正剩余誤差和相對(duì)口徑可增大等優(yōu)點(diǎn)，既能達(dá)到人工近距目 視的效果，又能遠(yuǎn)避高溫和污染對(duì)探測(cè)系統(tǒng)的損害，可以滿足遠(yuǎn)距離(約20m)條件的采集工作。 表1爐口輻射獲取分系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)(mm)
_結(jié)構(gòu)參數(shù)_
序號(hào)-
rd n和玻璃牌號(hào)
1968.3
1,5638Bak6
2-508.215
3-508.20.2
1.6128F2
4-340419 1. 2光纖譜分復(fù)用分系統(tǒng)3在接收到光譜能量后能均勻地可以將其分成諸多份， 并分別傳輸?shù)脚鋫渲煌瑸V光片的十路不同的光電探測(cè)器中去。本發(fā)明選用粗光纖芯徑的 階梯折射率光纖，運(yùn)用光纖"波分復(fù)用"的相關(guān)理論和技術(shù)，設(shè)計(jì)光纖譜分系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)"光纖譜 分復(fù)用"，采用束數(shù)與光譜能量信息等分通道相對(duì)應(yīng)的傳光光纖束，這些傳光光纖束的性能 相同、直徑一樣，從每束的一端中取出一根光纖，將取出的光纖合成一個(gè)單元點(diǎn)，然后把所 有的單元點(diǎn)隨機(jī)排列形成一個(gè)粗光纖束，將該粗光纖束界面膠合后，切出光滑平整的表面， 形成光纖譜分復(fù)用分系統(tǒng)3的入瞳面；所有傳光光纖束的另一端與不同波長(zhǎng)的干涉濾光片 緊貼從而實(shí)現(xiàn)了譜分的作用。 1. 3多光譜復(fù)合探測(cè)分系統(tǒng)4接收到光纖譜分復(fù)用分系統(tǒng)傳來(lái)的光譜能量信息， 選用法布理——伯羅干涉濾光片將光過(guò)濾成窄帶單色光信息，然后單色光信息并經(jīng)該多光 譜復(fù)合探測(cè)分系統(tǒng)轉(zhuǎn)換輸出為對(duì)等通道的數(shù)字信號(hào)，通過(guò)串口發(fā)送到計(jì)算機(jī)。設(shè)計(jì)的干涉 濾光片波長(zhǎng)參數(shù)見(jiàn)表2所示。
表2濾光片主要性能參數(shù)
序號(hào)中心波長(zhǎng)("/n)帶寬("附)峰值透射率(％) i 405 10 35
2 450 10 50
3 492 10 50
4 535 10 50
5 546 10 50
6 600 10 50
7 670 11 50
8 700 11 50
9 750 11 45
10 850 12 45 該多光譜復(fù)合探測(cè)分系統(tǒng)4要滿足快速響應(yīng)、實(shí)時(shí)處理大信息量和在高溫、煙塵 等惡劣環(huán)境下工作等要求，主要負(fù)責(zé)將光纖譜分復(fù)用分系統(tǒng)傳輸來(lái)的十路光譜能量信號(hào)變 成十路數(shù)字信號(hào)，并發(fā)送到計(jì)算機(jī)的任務(wù)，因而選用了以由光電探測(cè)器和以單片機(jī)為核心的電路系統(tǒng)組成(任何可能測(cè)量類似數(shù)據(jù)的適宜的器件都可在本系統(tǒng)中使用)。 該多光譜復(fù)合探測(cè)分系統(tǒng)4的電路圖如圖2所示，其主要組成部分為光電探測(cè)器、
濾波電路、放大器、采樣保持電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、單片機(jī)、時(shí)鐘電路、通訊電路等。經(jīng)過(guò)光纖
譜分復(fù)用分系統(tǒng)傳送給多光譜復(fù)合探測(cè)分系統(tǒng)的十路等分的爐口輻射光譜能量，在該多光
譜復(fù)合探測(cè)分系統(tǒng)中轉(zhuǎn)換輸出十路數(shù)字信號(hào)，這十路數(shù)字信號(hào)分別代表不同波長(zhǎng)的輻射光
強(qiáng)，根據(jù)不同波長(zhǎng)信號(hào)光輻射強(qiáng)度的間存在差異，經(jīng)過(guò)濾波后需通過(guò)增益不同的放大電路，
達(dá)到要求電壓幅度后進(jìn)入A/D轉(zhuǎn)換電路進(jìn)行轉(zhuǎn)換，單片機(jī)采集轉(zhuǎn)換后數(shù)據(jù)經(jīng)處理后通過(guò)串
口發(fā)送到計(jì)算機(jī)，并利用串口接收軟件對(duì)光譜光強(qiáng)信息進(jìn)行接收、存儲(chǔ)和繪圖操作。 該串口接收軟件利用VC軟件平臺(tái)的MSComm控件，設(shè)定了串口傳輸?shù)牟ㄌ芈?、?shù)據(jù)
位、停止位、奇偶校驗(yàn)以及接收信號(hào)的頻率參數(shù)為10ms/次，多光譜復(fù)合探測(cè)分系統(tǒng)4每發(fā)
送一次數(shù)據(jù)，該串口接收軟件就進(jìn)行接收和存儲(chǔ)工作，再把得到的546nm波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)通道的
光強(qiáng)數(shù)據(jù)進(jìn)行繪圖操作。 這里進(jìn)行下說(shuō)明，采集得到的光強(qiáng)為相對(duì)光強(qiáng)，只要光強(qiáng)數(shù)據(jù)測(cè)量單位前后一致， 就能夠反應(yīng)轉(zhuǎn)爐吹煉過(guò)程的規(guī)律，單位的選取對(duì)這種變化趨勢(shì)沒(méi)有任何的影響，任何測(cè)量 單位，任意的或者是固定的，都可以用來(lái)在本系統(tǒng)中測(cè)量爐口輻射的光譜光強(qiáng)信息。
1. 4爐口火焰視頻獲取分系統(tǒng)2的配備著光學(xué)鏡頭的CCD攝像機(jī)架設(shè)在爐口輻射 獲取分系統(tǒng)上，并調(diào)整與爐口輻射獲取分系統(tǒng)的采集視覺(jué)吻合。 該CCD攝像機(jī)采集到轉(zhuǎn)爐爐口火焰視頻圖像的RGB顏色模型信息后，通過(guò)視頻輸 入端傳輸?shù)揭曨l采集卡，該視頻采集卡利用綜合判定分系統(tǒng)的圖像采集處理軟件，把該RGB 顏色模型信息通過(guò)顏色模型轉(zhuǎn)換后的HSV顏色模型中的色度信息存儲(chǔ)，得到的該色度信息 作為爐口火焰圖像的特征信息數(shù)據(jù)，根據(jù)該數(shù)據(jù)進(jìn)行繪圖操作。實(shí)現(xiàn)爐口火焰視頻圖像的 邊采集邊處理任務(wù)的該圖像采集處理軟件工作流程為 (1)創(chuàng)建爐口火焰圖像信息的捕獲窗口 調(diào)用capCreateC即tureWindow函數(shù)，生 成視頻采集窗口。 (2)采集爐口火焰圖像視頻信息到緩沖區(qū)并進(jìn)行分析處理，是系統(tǒng)實(shí)時(shí)化 的核心內(nèi)容，需要利用回調(diào)機(jī)制，需注冊(cè)系統(tǒng)用到的三個(gè)回調(diào)函數(shù)錯(cuò)誤回調(diào)函數(shù) capSetCallbackOnError、狀態(tài)回調(diào)函數(shù)capSetCallbackOnStatus和視頻流回調(diào)函數(shù) c即SetCallbackOnVideoStream，通過(guò)視頻流回調(diào)函數(shù)的設(shè)置和構(gòu)建查表處理方式，使采集 到的爐口火焰圖像的RGB顏色模型信息，經(jīng)過(guò)顏色模型轉(zhuǎn)換后得到對(duì)應(yīng)的HSV顏色模型中 的色度信息，即先把兩種顏色模型的轉(zhuǎn)換情況所對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)表構(gòu)建出來(lái)，在回調(diào)函數(shù)中添 加RGB顏色模型轉(zhuǎn)換為HSV顏色模型的軟件代碼；然后把采集的每一幀圖像按像素進(jìn)行提 取，并查找該RGB值所對(duì)應(yīng)的HSV表中的位置；接著對(duì)該幀圖像的所有像素點(diǎn)的必需數(shù)值進(jìn) 行疊加，得到并繪制色度分量的三維圖，如圖3所示；最后在該三維圖中找到吹煉過(guò)程中在
某個(gè)色度值對(duì)應(yīng)的到達(dá)終點(diǎn)時(shí)變化明顯的曲線，并進(jìn)行繪圖。同時(shí)注意以下幾點(diǎn)排除偶爾 出現(xiàn)的較劇烈的變化，這是干擾造成的可能性較大；選擇像素?cái)?shù)目值變化相對(duì)穩(wěn)定的那個(gè) 色度級(jí)別；不應(yīng)該選擇背景出現(xiàn)較多的色度級(jí)別；該色度級(jí)別下對(duì)應(yīng)的臨近轉(zhuǎn)爐吹煉終點(diǎn) 處有較明顯的變化，變化明顯比較利于終點(diǎn)判斷。這里采用的是查表方法可以為了加快處 理速度，達(dá)到邊采集邊處理的目的。 (3)調(diào)用函數(shù)c即C即tureGetSetup設(shè)置采集窗口的相關(guān)參數(shù)，系統(tǒng)設(shè)定每秒采集
1015幀。 (4)調(diào)用函數(shù)c即DriveConnect連接捕獲窗口與視頻采集設(shè)備，并使用 capDriverGetCaps函數(shù)返回采集器件的功能。 (5)為了更好的觀測(cè)火焰的演變情況，系統(tǒng)調(diào)用了函數(shù)c即Preview，以較快的幀 數(shù)達(dá)到良好的預(yù)覽效果。 (6)以上步驟中并沒(méi)有進(jìn)行視頻流的保存，如若有其他一些要求，可以調(diào)用函數(shù) c即FileSetC即tureFile保存下來(lái)，但是無(wú)壓縮的視頻文件很大，可以使用視頻壓縮管理器 (Video Compression Mananger)來(lái)進(jìn)行壓縮后保存。
(7)調(diào)用函數(shù)capC即tureAbort結(jié)束視頻。 參考經(jīng)驗(yàn)煉鋼的不同吹煉時(shí)刻的爐口火焰有著不同的整體顏色變化的這一重要 依據(jù)，系統(tǒng)把采集到的RGB格式的圖像轉(zhuǎn)換成HSV顏色模型數(shù)據(jù)，得到了如圖3所示色度分 量三維圖，圖中X軸為色度級(jí)別，Y軸為單幀圖像號(hào)，Z軸為對(duì)應(yīng)的像素?cái)?shù)目。由于單幀圖像 的直方圖不能反映整個(gè)圖像視頻的變化規(guī)律，因而從所有HSV圖像直方圖組成的三維圖像 中找到色度H為17下包含著較多的潛在信息，臨近終點(diǎn)時(shí)與之前相比量值出現(xiàn)了明顯的變 化。 1. 5綜合判定分系統(tǒng)5是把采集到的光譜光強(qiáng)信息和爐口火焰圖像信息進(jìn)行相差 較大的光譜光強(qiáng)和圖像特征值進(jìn)行基準(zhǔn)調(diào)整，基準(zhǔn)調(diào)整的原則是把相對(duì)較小的光譜光強(qiáng)值 的放大倍數(shù)進(jìn)行調(diào)整，即把吹煉末期圖像最高值對(duì)應(yīng)時(shí)刻所對(duì)應(yīng)的光譜光強(qiáng)值調(diào)整為同樣 大小的圖像值，以此得到的放大倍數(shù)作為全局變量的調(diào)整基數(shù)；同時(shí)利用等權(quán)中心滑動(dòng)濾
波方法對(duì)上述數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波平滑及去噪聲處理，其數(shù)學(xué)表達(dá)形式為A -^yllh^k =
n+l， n+2， A ， N-n，最終得到了如圖4所示的轉(zhuǎn)爐吹煉中的光譜光強(qiáng)和圖像特征值的變化曲 線圖。 在該變化曲線圖中，可以發(fā)現(xiàn)，在轉(zhuǎn)爐煉鋼這種多元多相的高溫物理化學(xué)反應(yīng)過(guò) 程中，光譜光強(qiáng)值隨轉(zhuǎn)爐煉鋼吹煉過(guò)程逐步變大，在吹煉的中期由于反應(yīng)的劇烈干擾增多 有波動(dòng)的現(xiàn)象，接近吹煉終點(diǎn)時(shí)光強(qiáng)曲線緩慢下降；與此同時(shí)圖像特征值在吹煉的初期緩 慢上升，中期存在著劇烈的振蕩，而到達(dá)末期接近終點(diǎn)時(shí)卻顯著提高，在接近吹煉終點(diǎn)時(shí)， 圖像曲線有一個(gè)極大值的出現(xiàn)。這些變化特征實(shí)時(shí)反應(yīng)了煉鋼過(guò)程中的光譜圖像特征量 的變化。但是由于不同爐次加入的原材料及吹煉條件等因素的差異，造成了各爐次的終點(diǎn) 時(shí)刻存在了較大的波動(dòng)，因而這種定性的描述不能準(zhǔn)確地判定終點(diǎn)，在此基礎(chǔ)上，構(gòu)建了 BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)終點(diǎn)預(yù)測(cè)模型對(duì)終點(diǎn)時(shí)刻進(jìn)行了定量的判斷。 本發(fā)明構(gòu)建的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)模型的模型構(gòu)造如圖5所示。由于現(xiàn)在對(duì)BP神經(jīng) 網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)模型中輸入變量的選擇還沒(méi)有一種比較系統(tǒng)的方法，一般都是根據(jù)設(shè)計(jì)者的經(jīng)驗(yàn) 選取。本發(fā)明對(duì)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)模型輸入變量選擇所采用的方法為假定選定全部變量個(gè) 數(shù)為m，隱含層的神經(jīng)元數(shù)為h， z為網(wǎng)絡(luò)輸出，則hr為隱含層各節(jié)點(diǎn)的輸入，Hr為隱含層 各節(jié)點(diǎn)的輸出，定義G = CovQv Xs)wre/Var(h》為輸入節(jié)點(diǎn)s對(duì)隱節(jié)點(diǎn)r的影響值，^ = Cov(H^ z)w乂Var(H》為隱節(jié)點(diǎn)r對(duì)輸出的影響值，Qs = E 為輸入變量對(duì)總體輸出的 影響值；若總體變量中的n個(gè)變量的影響之和占總體影響值的90X以上，則選取這n個(gè)變 量為網(wǎng)絡(luò)模型的輸入變量；
最終所選用的模型的輸入輸出參量為 (l)BP網(wǎng)絡(luò)模型的輸出量考慮到整個(gè)模型是實(shí)現(xiàn)煉鋼終點(diǎn)時(shí)間的預(yù)測(cè)，所以選 擇為轉(zhuǎn)爐煉鋼吹煉終點(diǎn)時(shí)間T(單位秒)作為模型的輸出。 (2) BP網(wǎng)絡(luò)模型的輸入量由于將轉(zhuǎn)爐煉鋼吹煉終點(diǎn)時(shí)間T作為模型的輸出，考慮 到整個(gè)過(guò)程中后期的值相對(duì)穩(wěn)定，所以比較分析后，選定400-500秒時(shí)間段的光譜光強(qiáng)均 值、圖像均值、兩者間的比值，吹煉末期圖像值最大點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的時(shí)間，該最大點(diǎn)對(duì)應(yīng)的圖像 值、光譜光強(qiáng)值以及兩者間比值以上七個(gè)變量作為輸入?yún)⒘俊?基于光譜光強(qiáng)和圖像特征變化曲線圖和模型的輸入輸出變量建立了 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 終點(diǎn)預(yù)測(cè)模型。利用現(xiàn)場(chǎng)采集的大量的吹煉數(shù)據(jù)，經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的訓(xùn)練后，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)49組爐次 的終點(diǎn)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)模型的實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)，模型預(yù)測(cè)響應(yīng)時(shí)間為1. 2s，圖6給出了這次實(shí)驗(yàn)結(jié)果。從 利用該模型得到的終點(diǎn)預(yù)測(cè)值和終點(diǎn)實(shí)際值的實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比圖中可以看出，有42組的預(yù) 測(cè)誤差在8s內(nèi)，也就是說(shuō)該神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型在8s的預(yù)測(cè)精度達(dá)到了 85. 7 % ，滿足轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)在 線快速判定和預(yù)測(cè)精度的要求。
權(quán)利要求
一種爐口輻射信息融合用于煉鋼在線終點(diǎn)控制的系統(tǒng)，其特征在于包括爐口輻射獲取分系統(tǒng)[1]、光纖譜分復(fù)用分系統(tǒng)[3]、多光譜復(fù)合探測(cè)分系統(tǒng)[4]、爐口火焰視頻獲取分系統(tǒng)[2]和綜合判定分系統(tǒng)[5]；爐口輻射獲取分系統(tǒng)[1]連接光纖譜分復(fù)用分系統(tǒng)[3]，該光纖譜分復(fù)用分系統(tǒng)[3]連接多光譜復(fù)合探測(cè)分系統(tǒng)[4]，該多光譜復(fù)合探測(cè)分系統(tǒng)[4]通過(guò)串口與綜合判定分系統(tǒng)[5]相連接；爐口火焰視頻獲取分系統(tǒng)[2]包括配備著光學(xué)鏡頭的CCD攝像機(jī)和視頻采集卡，CCD攝像機(jī)架設(shè)在爐口輻射獲取分系統(tǒng)[1]上，該攝像機(jī)連接視頻采集卡，該視頻采集卡連接綜合判定分系統(tǒng)[5]；爐口輻射獲取分系統(tǒng)[1]把轉(zhuǎn)爐爐口火焰輻射的光譜能量信息采集下來(lái)，并成像到焦平面上，光纖譜分復(fù)用分系統(tǒng)[3]的一端與爐口輻射獲取分系統(tǒng)[1]的焦平面耦合，另一端把采集到的光譜能量信息等分成四路或四路以上通道，并分別傳輸?shù)脚鋫渲煌ㄩL(zhǎng)干涉濾光片的與通道相對(duì)應(yīng)的光電探測(cè)器中去，這些光電探測(cè)器位于多光譜復(fù)合探測(cè)分系統(tǒng)[4]的接收端，通過(guò)該多光譜復(fù)合探測(cè)分系統(tǒng)[4]將光信號(hào)轉(zhuǎn)變成電信號(hào)并通過(guò)串口傳送給綜合判定分系統(tǒng)[5]的串口接收軟件，進(jìn)行爐口輻射的光譜光強(qiáng)信息的接收、存儲(chǔ)和繪圖操作；將爐口火焰視頻獲取分系統(tǒng)[2]的CCD攝像機(jī)調(diào)整與爐口輻射獲取分系統(tǒng)[1]的采集視覺(jué)吻合，該CCD攝像機(jī)采集到轉(zhuǎn)爐爐口火焰視頻圖像的RGB顏色模型信息后，通過(guò)視頻輸入端傳輸?shù)揭曨l采集卡，該視頻采集卡利用綜合判定分系統(tǒng)[5]的圖像采集處理軟件，把該RGB顏色模型信息通過(guò)顏色模型轉(zhuǎn)換后的HSV顏色模型中的色度信息存儲(chǔ)，得到的該色度信息作為爐口火焰圖像的特征信息數(shù)據(jù)，根據(jù)該數(shù)據(jù)進(jìn)行繪圖操作；最終，綜合判定分系統(tǒng)[5]的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)終點(diǎn)預(yù)測(cè)模型利用得到光譜光強(qiáng)信息和爐口火焰圖像信息這兩部分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)爐煉鋼的在線終點(diǎn)預(yù)測(cè)控制。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的爐口輻射信息融合用于煉鋼在線終點(diǎn)控制的系統(tǒng)，其特征在 于在爐口輻射獲取分系統(tǒng)[1]中，選用雙不膠合物鏡中的大口徑鏡頭并計(jì)算合適的結(jié)構(gòu)參 數(shù)表來(lái)構(gòu)建爐口輻射獲取分系統(tǒng)，該爐口輻射獲取分系統(tǒng)面對(duì)轉(zhuǎn)爐爐口 ，以采集轉(zhuǎn)爐爐口 輻射的光譜能量信息，通過(guò)調(diào)節(jié)該爐口輻射獲取分系統(tǒng)上的調(diào)焦手輪，光譜能量信息清晰 地成像到該爐口輻射獲取分系統(tǒng)的焦平面上，同時(shí)，該爐口輻射獲取分系統(tǒng)使用三腳架來(lái) 進(jìn)行固定、支撐，通過(guò)調(diào)整三腳架臺(tái)的高度和轉(zhuǎn)度，來(lái)獲得較好的采集視覺(jué)方位。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的爐口輻射信息融合用于煉鋼在線終點(diǎn)控制的系統(tǒng)，其特征 在于在光纖譜分復(fù)用分系統(tǒng)[3]中，采用束數(shù)與光譜能量信息等分通道相對(duì)應(yīng)的傳光光纖 束，從每束的一端中取出一根光纖，將取出的光纖合成一個(gè)單元點(diǎn)，然后把所有的單元點(diǎn)隨 機(jī)排列形成一個(gè)粗光纖束，將該粗光纖束界面膠合后，切出光滑平整的表面，形成光纖譜分 復(fù)用分系統(tǒng)的入瞳面；所有傳光光纖束的另一端與不同波長(zhǎng)的干涉濾光片緊貼。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的爐口輻射信息融合用于煉鋼在線終點(diǎn)控制的系統(tǒng)，其特征在 于在多光譜復(fù)合探測(cè)分系統(tǒng)[4]中，首先光譜能量信息等分通道傳送來(lái)的光譜能量信息經(jīng) 過(guò)法布理——伯羅干涉濾光片將光過(guò)濾成窄帶單色光信息，然后單色光信息并經(jīng)該多光譜 復(fù)合探測(cè)分系統(tǒng)轉(zhuǎn)換輸出為對(duì)等通道的數(shù)字信號(hào)，通過(guò)串口發(fā)送到計(jì)算機(jī)。
5. —種爐口輻射信息融合用于煉鋼在線終點(diǎn)控制的方法，其特征在于第一步，獲取光譜光強(qiáng)信息，把轉(zhuǎn)爐爐口火焰輻射的光譜能量信息采集下來(lái)，通過(guò)光纖 譜分復(fù)用分系統(tǒng)[3]把采集到的光譜能量信息等分成四路或四路以上通道，通過(guò)多光譜復(fù) 合探測(cè)分系統(tǒng)[4]將光信號(hào)轉(zhuǎn)變成電信號(hào)并通過(guò)串口接收軟件接收，得到爐口輻射處的光譜光強(qiáng)信息數(shù)據(jù)，根據(jù)該數(shù)據(jù)進(jìn)行繪圖操作；第二步，獲取爐口火焰圖像信息，采集的轉(zhuǎn)爐爐口火焰視頻圖像的RGB顏色模型信息， 通過(guò)視頻輸入端傳輸?shù)揭曨l采集卡，該視頻采集卡利用圖像采集處理軟件，把該RGB顏色 模型信息通過(guò)顏色模型轉(zhuǎn)換后的HSV顏色模型中的色度信息存儲(chǔ)，得到的該色度信息作為 爐口火焰圖像的特征信息數(shù)據(jù)，根據(jù)該數(shù)據(jù)進(jìn)行繪圖操作；第三步，把光譜光強(qiáng)信息和爐口火焰圖像信息進(jìn)行基準(zhǔn)調(diào)整，將相對(duì)較小的光譜光強(qiáng) 值的放大倍數(shù)進(jìn)行調(diào)整，即把吹煉末期圖像最高值對(duì)應(yīng)時(shí)刻所對(duì)應(yīng)的光譜光強(qiáng)值調(diào)整為同 樣大小的圖像值，以此得到的放大倍數(shù)作為全局變量的調(diào)整基數(shù)；同時(shí)利用等權(quán)中心滑動(dòng) 濾波方法對(duì)上述數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波平滑及去噪聲處理，最終得到轉(zhuǎn)爐吹煉中的光譜光強(qiáng)和圖像 特征變化曲線圖；第四步，構(gòu)建的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型對(duì)終點(diǎn)時(shí)刻進(jìn)行定量的判斷，首先選擇BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù) 測(cè)模型中輸入變量，假定選定全部變量個(gè)數(shù)為m，隱含層的神經(jīng)元數(shù)為h， z為網(wǎng)絡(luò)輸出，則 hr為隱含層各節(jié)點(diǎn)的輸入，Hr為隱含層各節(jié)點(diǎn)的輸出，定義、=Cov (、， xs) w /Var (h》為 輸入節(jié)點(diǎn)s對(duì)隱節(jié)點(diǎn)r的影響值，& = Cov(Hr， z)w乂Var (Hr)為隱節(jié)點(diǎn)r對(duì)輸出的影響值， Qs = E Grsgr為輸入變量對(duì)總體輸出的影響值；若總體變量中的n個(gè)變量的影響之和占總體 影響值的90%以上，則選取這n個(gè)變量為網(wǎng)絡(luò)模型的輸入變量；其次，最終所選用的模型的輸入輸出參量為(1) BP網(wǎng)絡(luò)模型的輸出量考慮到整個(gè)模型是實(shí)現(xiàn)煉鋼終點(diǎn)時(shí)間的預(yù)測(cè)，所以選擇為轉(zhuǎn)爐煉鋼吹煉終點(diǎn)時(shí)間T(單位秒)作為模型的輸出；(2) BP網(wǎng)絡(luò)模型的輸入量由于將轉(zhuǎn)爐煉鋼吹煉終點(diǎn)時(shí)間T作為模型的輸出，考慮到整個(gè)過(guò)程中后期的值相對(duì)穩(wěn)定，所以比較分析后，選定400-500秒時(shí)間段的光譜光強(qiáng)均值、圖 像均值、兩者間的比值，吹煉末期圖像值最大點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的時(shí)間，該最大點(diǎn)對(duì)應(yīng)的圖像值、光 譜光強(qiáng)值以及兩者間比值以上七個(gè)變量作為輸入?yún)⒘?；最后，基于光譜光強(qiáng)和圖像特征變化曲線圖和模型的輸入輸出變量建立BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 終點(diǎn)預(yù)測(cè)模型，利用現(xiàn)場(chǎng)采集的大量的轉(zhuǎn)爐煉鋼吹煉數(shù)據(jù)，經(jīng)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)終點(diǎn)預(yù)測(cè)模型的 訓(xùn)練后，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)吹煉爐次的終點(diǎn)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)模型的實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)，利用該模型得到的終點(diǎn)預(yù)測(cè)值 和終點(diǎn)實(shí)際值的現(xiàn)場(chǎng)對(duì)比結(jié)果，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)爐的終點(diǎn)預(yù)測(cè)控制。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的爐口輻射信息融合用于煉鋼在線終點(diǎn)控制的方法，第二步中 的圖像采集處理軟件其特征在于(1) 創(chuàng)建爐口火焰圖像信息的捕獲窗口 調(diào)用capCreateC即tureWindow函數(shù)，生成視 頻采集窗口；(2) 注冊(cè)系統(tǒng)用到的三個(gè)回調(diào)函數(shù)錯(cuò)誤回調(diào)函數(shù)c即SetCallbackOnError、狀態(tài)回調(diào) 函數(shù)c即SetCallbackOnStatus禾口視頻流回調(diào)函數(shù)c即SetCallbackOnVideoStream，通過(guò)視 頻流回調(diào)函數(shù)的設(shè)置，使采集到的爐口火焰圖像的RGB顏色模型信息，經(jīng)過(guò)顏色模型轉(zhuǎn)換 后得到對(duì)應(yīng)的HSV顏色模型中的色度信息，即先把兩種顏色模型的轉(zhuǎn)換情況所對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù) 表構(gòu)建出來(lái)，在回調(diào)函數(shù)中添加RGB顏色模型轉(zhuǎn)換為HSV顏色模型的軟件代碼；然后把采集 的每一幀圖像按像素進(jìn)行提取，并查找該RGB值所對(duì)應(yīng)的HSV表中的位置；接著對(duì)該幀圖像 的所有像素點(diǎn)的必需數(shù)值進(jìn)行疊加，得到并繪制色度分量的三維圖；最后在該三維圖中找 到吹煉過(guò)程中在某個(gè)色度值對(duì)應(yīng)的到達(dá)終點(diǎn)時(shí)變化明顯的曲線，并進(jìn)行繪圖；同時(shí)注意以下幾點(diǎn)排除偶爾出現(xiàn)的較劇烈的變化，這是干擾造成的可能性較大；選擇像素?cái)?shù)目值變化相對(duì)穩(wěn)定的那個(gè)色度級(jí)別；不應(yīng)該選擇背景出現(xiàn)較多的色度級(jí)別；該色度級(jí)別下對(duì)應(yīng)的臨近轉(zhuǎn)爐吹煉終點(diǎn)處有較明顯的變化，變化明顯比較利于終點(diǎn)判斷；(3) 調(diào)用函數(shù)c即C即tureGetSetup設(shè)置采集窗口及每秒所采集的幀數(shù)；(4) 調(diào)用函數(shù)c即DriveCo皿ect連接捕獲窗口與視頻采集設(shè)備，并使用capDriverGetCaps函數(shù)返回采集器件的功能；(5) 調(diào)用函數(shù)c即CaptureAbort結(jié)束視頻。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種爐口輻射信息融合用于煉鋼在線終點(diǎn)控制的系統(tǒng)及其方法，包括爐口輻射獲取分系統(tǒng)、光纖譜分復(fù)用分系統(tǒng)、多光譜復(fù)合探測(cè)分系統(tǒng)、爐口火焰視頻獲取分系統(tǒng)和綜合判定分系統(tǒng)；爐口輻射獲取分系統(tǒng)連接光纖譜分復(fù)用分系統(tǒng)，該光纖譜分復(fù)用分系統(tǒng)連接多光譜復(fù)合探測(cè)分系統(tǒng)，該多光譜復(fù)合探測(cè)分系統(tǒng)通過(guò)串口與綜合判定分系統(tǒng)相連接；爐口火焰視頻獲取分系統(tǒng)包括配備著光學(xué)鏡頭的CCD攝像機(jī)和視頻采集卡，CCD攝像機(jī)架設(shè)在爐口輻射獲取分系統(tǒng)上，該攝像機(jī)連接視頻采集卡，該視頻采集卡連接綜合判定分系統(tǒng)。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)距離探測(cè)(20m)，這樣就實(shí)現(xiàn)了不用繁瑣的冷卻裝置和除塵裝置就可以在煉鋼的惡劣環(huán)境下正常工作。
文檔編號(hào)C21C5/30GK101698896SQ20091003588
公開(kāi)日2010年4月28日 申請(qǐng)日期2009年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月28日
發(fā)明者刁岳川, 周木春, 張文宣, 張猛, 徐實(shí)學(xué), 李伽, 李武森, 李翔, 溫宏愿, 王勇青, 翟衛(wèi)江, 胡道峰, 許凌飛, 趙琦, 辛煜, 陳延如, 陳文建, 陳晶晶 申請(qǐng)人:南京理工大學(xué);南京鋼鐵股份有限公司