长春理工大学：基于无人机平台的槽式集热器光学检测系统研究报告（25页）.pdf

1、基于无人机平台的槽式集热器光学检测系统研究魏秀东 博士长春理工大学内容摘要内容摘要1.研究背景2.测量方法及理论3.测量系统硬件及软件4.实验测试及误差分析5.总结一、研究背景槽式集热器在重力、热应力及外力作用下，存在集热管弯曲变形、集热管失真空以及反射镜破损等问题，造成电站聚光集热效率降低。高效、准确的检测槽式集热器存在的光学缺陷，提高电站聚光集热效率，在槽式电站的运维中具有重要意义。集热管弯曲集热管弯曲+玻璃管破损槽式聚光镜破损无人机搭载红外相机可对保温层、管道、高压线绝缘端子、光伏电站等进行巡检。保温层、绝缘端子检测管道巡检光伏电站热板巡检一、研究背景无人机搭载可见光相机和红外相机，可对

2、槽式聚光器镜面面形、吸热管位置偏差、跟踪误差进行检测，对集热管表面进行红外测温。如：CSP Services的Qfly检测系统Christoph Prahl et.al.,Airborne shape measurement of parabolic trough collector fields.Solar Energy 91(2013)6878镜面面形误差一、研究背景集热管表面温度测量1.集热管弯曲测量及截断效率计算2.集热管表面温度测量3.破损反射镜检测二、测量方法及理论为检测槽式集热器的光学缺陷，开展了基于无人机的槽式集热器光学检测系统研究。一）集热管弯曲测量及截断效率计算集热管弯曲测

3、量原理示意图测量方法：1）无人机搭载高分辨可见光相机，从相互正交的两个方向拍摄集热管图像。2）对集热管图像进行处理，提取集热管边缘，获得集热管弯曲量。3）将集热管弯曲量进行合成，获得集热管总弯曲量和弯曲方向。二、测量方法及理论集热管图像边缘检测集热管图像处理方法介绍：图像分割阈 值 确 定二 值 化感 兴 趣 区 域 确 定图 像 裁 剪自 适 应 中 值 滤 波边 缘 检 测(a)原始图像2(b)边缘检测二、测量方法及理论图像处理流程图(a)轻度弯曲变形实际中线理论中线边缘(b)中度弯曲变形实际中线理论中线边缘(c)较大弯曲变形实际中线理论中线边缘通过图像处理，获取集热管边缘点坐标，得到集热

4、管实际中心线位置，并与理想中心线位置作差，获得集热管弯曲量。二、测量方法及理论对弯曲分量进行合成，则总弯曲量sum和弯曲方向为：22sumxz=+xz(/)arctg=采用光线追迹法，计算弯曲集热管的截断效率。弯曲集热管的截断效率计算二、测量方法及理论将弯曲的集热管进行量化，计算追迹点反射光斑与吸热管相交的面积比光斑与集热管截面位置关系a)当 dmrR-rm，c)当rRdmrR+rm，b)当rR-rmrR+rm，n11(,)100%mnijS i jmn=二、测量方法及理论截断效率：二、测量方法及理论温度为T的黑体的辐射亮度为：4()W TT=(,)(,)()L TTW T=温度为T的普通物体

5、辐射亮度为：(,)T其中，表示物体发射率影响测温准确性的主要因素：物体发射率、透过率、背景温度。二）集热管表面温度测量基于红外热成像二、测量方法及理论提取集热管红外温度图像，采集10组集热管截面的温度数据对温度数据进行分析，判断集热管是否超温测量方法：完好反射镜对应位置反射天空背景图像，破损反射镜对应位置的图像背景为地面，图像差别明显，通过图像识别，可获取破损反射镜位置。二、测量方法及理论三）破损反射镜测量破损反射镜检测图像处理流程反射镜破损检测图像处理流程图像二值化处理二、测量方法及理论三、测量系统硬件及软件槽式集热器光学检测系统硬件主要包括：无人机、高分辨可见光相机、红外相机。大疆经纬30

6、0无人机高分辨可见光相机可见光与红外一体相机三、测量系统硬件及软件集热管弯曲测量软件集热管弯曲测量软件三、测量系统硬件及软件集热管表面温度测量软件集热管表面温度测量及热损计算软件三、测量系统硬件及软件反射镜破损检测软件反射镜破损检测软件三、测量系统硬件及软件测量误差主要由镜头畸变和图像处理引入，通过畸变校正消除镜头畸变的影响，图像处理存在12个像素误差，像素对应的空间尺寸为0.62mm，因此，总测量误差小于1.24mm。45方向集热管弯曲测量方向集热管弯曲测量一）集热管弯曲测