簡介
對高爐火焰溫度傳統的測溫方法大多數是接觸式測溫法。這種方法由於在測量溫度時要與被測物體接觸，不僅操作不便，而且還會破壞被測對象的溫度場，給測量結果帶來較大誤差。採用的是一種非接觸式測溫方法，不需要與被測對象接觸，並且具有易於操作、測量範圍大、測量精度高等優點。
此設計的目的是在提高測溫精度的同時提高整個系統便攜性。因此，選用Nios II 晶片作為主控晶片，同時利用其多核心系統和高速數據處理的性能，使系統更加小型化、快速化、集成化。選用MV-20S 作為圖像採集單元，同時採用專用視頻解碼晶片ADV7180 將模擬信號轉換成數位訊號。為了使測量結果更加準確，下面對測量誤差進行了分析和處理。
溫度測量系統的原理
主要包括圖像採集模組、圖像數據處理模組和LCD 顯示模組。整個系統的工作流程是：CCD 攝像機對爐膛火焰進行多點拍攝， 圖像經過視頻分割器合成一路模擬信號後， 由圖像採集模組進行數據的存儲和轉換， 得到的數位訊號經數據處理模組處理後，將得出的溫度信息顯示在LCD顯示屏上，PC 端監控系統用於空間坐標定位。實現火焰溫度的多點檢測，提高測量精度。
在採集圖像的同時，用熱電偶測量爐膛內火焰的溫度，得出多組數據的平均值和CCD比色測溫法得出的測量結果對比， 即可驗證此方法測量結果的準確性。光信號經過衰減片和濾光片後，即可以得到更加清晰的圖片 。
火焰溫度測量之比色測溫原理
比色測溫法具有測量精度高、受外界干擾小等優點， 所以採用比色測溫法使測量結果更能接近被測物體的真實溫度。
1 輻射測溫原理
能夠全部吸收入射能量的物體稱為黑體。縱坐標表示黑體在某一熱力學溫度T、某一波長鄰近的單位波長間隔中熱輻射的強弱，稱為黑體光譜輻射亮度。
2 圖像採集模組
（1）TCD1206SUP 結構原理
TCD1206SUP 是日本某公司生產的線陣CCD感測器。內部包含2160 像元的光敏二極體，採樣保持電路和輸出放大電路， 封裝形式為22 腳DIP 封裝。此感測器的積分時間調整功能可以通過增長/縮短光積分時間的方式使輸出信號達到所希望的幅度， 這項功能對於CCD 的套用是非常重要的。中間一列光敏陣列的作用是接收外部的光
信號，並轉換為相應的電荷信號。
（2） 驅動電路
為了能使TCD1206SUP 正常工作，需要通過驅動電路產生特定的脈衝。為滿足感測器的工作要求，選擇CPLD。CPLD 是一種複雜可程式邏輯器件，其主要是由可程式邏輯宏單元(MC，Macro Cell)圍繞中心的可程式互連矩陣單元組成。其中MC 結構較複雜，並具有複雜的I/O 單元互連結構，可根據用戶的需要生成規定的電路結構，完成特定的一些功能。
但是由於CPLD 內部是用固定長度的金屬線進行各邏輯塊的互連的， 所以設計的邏輯電路具有時間可預測性， 避免了分段式互連結構時序不完全預測的缺點。
3 圖像處理模組
圖像處理部分採用由NiosII CPU 和一系列外設組成的NiosII 處理系統。CycloneII 系列FPGA 支持Altera 公司的NiosII 嵌入式軟核處理器。NiosII具有靈活的可配置特性， 而且可以非常容易的實現各種外設的擴展。
由於NiosII 所接外接設備的接口中沒有視頻解碼晶片ADV7180 和Realtek8139C/D 網卡接口，實現對外部A/D 數據採集電路的控制接口邏輯，由於其邏輯功能不是很複雜，因此可採用自定義的方式。視頻採集模組的功能設計可分為數據採集控制邏輯、數據接口、數據處理邏輯三部分。
其中，AVALON 匯流排主要是用於連線片內處理器與外設，以構成可程式單晶片系統。數據採集控制邏輯產生A/D 轉換需要的控制信號，數據接口提供一個外部A/D 採集的數據流向AVALON 匯流排的數據通道，主要是完成速度匹配，接口時序轉換。數據處理單元主要是提供一些附加功能。相對於AVALON 匯流排信號來說，A/D 採樣的速率非常低，因此本系統採用兩個DMA 完成圖像數據的傳輸，一個用於高速存儲數據，另一個用於高速讀取數據。同時，加入pipeline bridge 模組，提高整個處理器的最高頻率 。
溫度測量系統的軟體設計
通過CCD 攝像機連續拍攝蠟燭的火焰燃燒圖像， 火焰的溫度場經過圖像採集卡處理後變為圖像的數字信息，然後利用測溫軟體對數據進行處理，最後在LCD 上顯示出溫度值。
溫度測量結果
以蠟燭火焰為測量對象， 採用WZPK-136/WZPK2-136 型號的熱電偶溫度計作為標準溫度計。並利用其定位測溫點坐標。
測量坐標分別定位為（260，240），（280，260），（300，320），（340，320），（350，300），（360，380）。6 個測溫點坐標分別用1，2，3，4，5，6 表示， 分別將熱電偶和CCD 測溫系統測得的溫度值作為縱坐標值，可以看出，設計的攜帶型非接觸式測溫方法有著很高的測量精度，其最大的測量誤差為10 ℃。
總結
提出了一種基於CCD 的爐膛火焰測溫的實現方法，系統採用Altera 公司的Cyclone-LC20 開發板，藉助外接模組，完成圖像數據的處理以及測量溫度的顯示。相信這種測溫方法和測溫系統能給人們的生產和生活帶來方便 。
