CN117848512A - 一种基于红外光谱的锅炉受热面温度分布检测方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于温度检测领域，并具体公开了一种基于红外光谱的锅炉受热面温度分布检测方法及系统，其包括如下步骤：S1、采集锅炉受热面区域内的红外光谱信号和红外热辐射图像；S2、将红外光谱信号转换为光谱辐射强度，并从中分离出炉内燃烧气体介质吸收的光谱辐射强度；S3、基于光谱辐射强度，计算受热面红外发射率；S4、将红外热辐射图像转换为波段辐射强度图像，结合炉内燃烧气体介质吸收的光谱辐射强度，得到来自受热面的红外波段辐射强度图像；S5、根据来自受热面的红外波段辐射强度图像以及受热面红外发射率，得到锅炉受热面温度分布。本发明可实现锅炉受热面温度分布的准确在线测量。

Description

一种基于红外光谱的锅炉受热面温度分布检测方法及系统

技术领域

本发明属于温度检测领域，更具体地，涉及一种基于红外光谱的锅炉受热面温度分布检测方法及系统。

背景技术

火力发电厂锅炉受热面主要包括水冷壁、过热器、再热器、省煤器等，其作用是吸收来自炉内烟气的热量，以获得规定参数(温度、压力)和品质的蒸汽。当炉内燃烧不稳、炉内局部热负荷过高、火焰中心上移或偏斜时，容易造成受热面超温；同样，当受热面的换热管内有异物堵塞或者积垢过多，会引起汽水分配不均匀，汽水循环不良，从而影响传热性能，也会使受热面管壁温度明显升高，严重时可致受热面管子发生过热爆破的问题。因此，实时在线监测受热面温度对于预防管壁超温具有重要意义。

针对受热面温度分布的检测主要有两类，一类是在受热面的背火侧布置多个热电偶、光纤温度传感器等接触式点温测量装置，间接判断炉内向火侧的受热面超温情况；另一类是采用非接触式光学测量方法，直接获取炉内受热面的红外热辐射图像，通过对红外图像的处理来获得受热面温度，比如广泛使用的红外热像仪。但需要注意的是，红外热像仪在测温应用中需要知道红外测温波段内被测对象的发射率才能得到准确的温度，而锅炉运行时受热面的发射率未知且会随温度变化，同时高温下炉内燃烧火焰中的颗粒及气体介质也会在红外波段发出强烈热辐射，叠加在炉膛受热面发出的红外辐射上，使得用红外热像仪检测得到的受热面温度结果具有较大误差。为了解决这个问题，专利202211282353.6中，提出建立受热面辐射强度和火焰辐射强度检测模型，来透过火焰获得受热面辐射信息，该方法实施需要大量且精确的辐射成像计算，具体来说难以确定锅炉受热面发射被受热面反射、受热面发射被火焰散射、受热面发射直接被感光元件接收三者的能量份额，获取火焰发射被锅炉受热面反射、火焰发射被火焰散射、火焰发射直接被感光元件接收三者的能量份额也同样困难，并不适合锅炉现场环境下受热面壁温分布在线监测的工业应用。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于红外光谱的锅炉受热面温度分布检测方法及系统，其目的在于，实现锅炉受热面温度分布的准确在线测量。

为实现上述目的，按照本发明的一方面，提出了一种基于红外光谱的锅炉受热面温度分布检测方法，包括如下步骤：

S1、采集锅炉受热面区域内的红外光谱信号和红外热辐射图像；

S2、将红外光谱信号转换为光谱辐射强度，并从中分离出炉内燃烧气体介质吸收的光谱辐射强度；

S3、基于光谱辐射强度，计算受热面红外发射率；

S4、将红外热辐射图像转换为波段辐射强度图像，结合炉内燃烧气体介质吸收的光谱辐射强度，得到来自受热面的红外波段辐射强度图像；

S5、根据来自受热面的红外波段辐射强度图像以及受热面红外发射率，得到锅炉受热面温度分布。

作为进一步优选的，步骤S2，包括如下步骤：

将红外光谱信号转换为光谱辐射强度I_b1(λ)，并根据光谱辐射强度确定吸收峰的波长范围为(λ_`1,λ₂)；

被炉内燃烧气体介质吸收后的受热面的光谱辐射强度I'_q1为：

炉内燃烧气体介质吸收的光谱辐射强度I_q1为：

其中，λ为波长，(λ_a,λ_b)为光谱仪采集光谱信号时的检测波长范围；I′_b1(λ)为未被炉内燃烧气体介质吸收的受热面的光谱辐射强度，其确定方法为：在(λ_{`a</sub>,λ<sub>`1})与(λ_{`2</sub>,λ<sub>`b})两个区间内靠近λ_{`1</sub>与λ<sub>`2}侧各选取多个波长对应的光谱辐射强度，并进行四次多项式拟合，根据拟合得到的四次多项式得到I′_b1(λ)。

作为进一步优选的，步骤S3，包括如下步骤：

光谱仪测点处炉膛受热面的单色发射率ε(λ)表示为：

其中，I(λ)为波长λ下的光谱辐射强度：

I_b(λ,T)为波长λ及测点处受热面温度T下的黑体光谱辐射强度：

其中，C₁为普朗克第一常数，C₂为普朗克第二常数；

在(λ_a,λ_b)范围内取M个波长，对应得到M个单色发射率数据，进而通过统计平均得到受热面红外发射率

其中，ε_i(λ)为第i个波长对应的炉膛受热面的单色发射率。

作为进一步优选的，步骤S3，计算单色发射率ε_i(λ)的相对均方差σ_ε，若值小于预设阈值，则继续后续步骤；否则，改变光谱仪测点位置并回到步骤S1。

作为进一步优选的，步骤S4，包括如下步骤：

建立红外热辐射图像的色度信息与波段辐射强度的函数模型：

其中，I_b2为波段辐射强度，Gray'为红外热辐射图像的色度信息，b_m为模型的多项式拟合系数；m表示函数模型的阶数；

根据函数模型将采集的红外热辐射图像转换为波段辐射强度图像I_b2；

进而根据波段辐射强度图像I_b2，结合炉内燃烧气体介质吸收的光谱辐射强度I_q1，得到来自受热面的红外波段辐射强度图像I′_b2。

作为进一步优选的，步骤S4，确定模型的多项式拟合系数b_m的方法为：

预设一系列温度，获取黑体炉每个预设温度下，多个积分时间的黑体炉红外热辐射图像及其初始色度信息；

将每个预设温度下各积分时间与对应的初始色度信息进行线性拟合，得到如下线性拟合函数：

Gray_k(T)＝at+ε

其中，Gray_k(T)为预设温度T下第k次标定实验不同积分时间对应的色度信息，t为积分时间；a为斜率，代表单次标定实验得到的标准色度信息；ε为截距，代表暗噪声；

根据下式对色度信息进行去噪，得到去噪色度信息Gray'_k(T)：

进而计算每个预设温度下，n次标定实验去噪色度信息Gray'_k(T)的平均值，即为黑体炉红外热辐射图像的标准色度信息Gray'(T)；

将标准色度信息Gray'(T)以及对应温度T下的波段辐射强度，代入红外热辐射图像的色度信息与波段辐射强度的函数模型，求解得到函数模型的多项式拟合系数b_m。

作为进一步优选的，步骤S5，锅炉受热面温度分布计算式为：

其中，T(x,y)为像素点(x,y)的温度，C₁为普朗克第一常数，C₂为普朗克第二常数，λ为波长；I′_b2(x,y)为来自受热面的红外波段辐射强度图像中像素点(x,y)的红外波段辐射强度，为受热面红外发射率。

按照本发明的另一方面，提供了一种用于实现上述基于红外光谱的锅炉受热面温度分布检测方法的检测系统，包括信息获取模块和数据存储计算模块，其中：

所述信息获取模块用于实现步骤S1；所述数据存储计算模块包括处理器、存储器以及存储在存储器中并可在处理器中运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现步骤S2～S5，并将计算处理后的数据储存在存储器中。

作为进一步优选的，所述信息获取模块包括红外成像镜头、分光镜、准直透镜、光谱仪和红外热成像仪，其中：

所述红外成像镜头的光轴设置为与锅炉受热面垂直，所述红外热成像仪放置在红外成像镜头的光路输出成像位置处；所述分光镜设置在所述红外成像镜头和红外热成像仪之间，且分光镜与红外成像镜头光轴呈45°；所述光谱仪放置在分光镜的分光方向上。

作为进一步优选的，还包括显示模块，其以伪彩色和/或等值线的方式显示锅炉受热面温度分布。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：

1.本发明结合了红外光谱信号和红外热辐射图像，通过红外光谱分析在线获得测量波长范围内受热面的发射率，再将发射率数据输出到红外热成像测温方法中，实现受热面温度分布快速、准确在线测量。

2.本发明基于红外光谱信息，从中分离出来自炉内燃烧气体介质的非连续光谱部分及来自受热面的连续光谱部分，得到炉内燃烧气体介质吸收的光谱辐射强度，进而结合红外热辐射图像得到来自受热面的红外波段辐射强度图像；可以减小炉内燃烧气体对锅炉受热面自发辐射吸收的影响，提高锅炉受热面温度检测的准确性。

3.本发明结合了光谱仪高光谱分辨率的优势与红外相机大成像范围与测温技术的优势，可以实现工业应用的同时显著提高了锅炉受热面温度计算精度。同时，本发明无需大量的辐射成像过程计算，测量装置结构简单，易于实现，适用于火电厂锅炉受热面温度分布的精确检测，可实现对锅炉受热面进行观测并测量其温度分布。

附图说明

图1为本发明实施例基于红外光谱的锅炉受热面温度分布检测方法流程图；

图2为本发明实施例信息获取模块的结构示意图；

图3为本发明实施例锅炉受热面的短波红外光谱辐射强度分布图；

图4为本发明实施例扣除炉内燃烧气体吸收影响的锅炉受热面的光谱辐射强度分布图；

图5为本发明实施例红外辐射强度与标准灰度值的四次多项式拟合图；

图6为本发明实施例扣除了炉内燃烧气体吸收的影响后，四次多项式拟合的锅炉受热面的光谱辐射强度分布图；

图7为本发明实施例检测系统结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

本发明实施例提供的一种基于红外光谱的锅炉受热面温度分布检测方法，如图1所示，包括如下步骤：

S1、采集锅炉受热面区域内的红外光谱信号和红外热辐射图像。

具体的，通过红外热成像仪器采集锅炉受热面红外热辐射图像，调整红外热成像镜头的位置对准待测锅炉受热面，并调整相机积分时间确保图像无饱和现象，拍摄不同积分时间下的红外热辐射图像。同时，利用光谱仪对锅炉受热面进行红外光谱信号采集，本实施例中，采集的是短波红外波段的光谱信号，波长范围为(λ_a,λ_b)，λ_a＝1150nm，λ_b＝1650nm。

S2、将红外光谱信号转换为光谱辐射强度I_b1(λ)，进而确定炉内燃烧气体吸收的光谱辐射强度I_q1。

S21、将红外光谱信号转换为光谱辐射强度I_b1(λ)。

采用黑体炉作为标准辐射热源对光谱仪进行标定，将光谱仪的短波红外光谱信号数据转换为光谱辐射强度数据，得到标定系数f₁(λ)。则光谱辐射强度I_b1(λ)可以由光谱仪的光谱信号数据I(λ)与标定系数f₁(λ)得到：

I_b1(λ)＝f₁(λ)×I(λ)

S22、根据光谱辐射强度I_b1(λ)，确定吸收峰的波长范围，对光谱辐射强度分布进行划分，进而确定炉内燃烧气体吸收的光谱辐射强度I_q1。

锅炉受热面可视为灰体，具有连续的光谱发射特性。气体辐射对波长具有强烈的选择性，只在具体的波长区段内具有辐射能力与吸收能力。锅炉受热面发射的光谱辐射在被光谱仪接受前会被炉内燃烧气体介质吸收，由于燃烧气体具有特定的吸收光谱波长，故得到的光谱辐射强度数据会有明显的吸收峰，吸收峰的波长范围为(λ_{`1</sub>,λ<sub>2</sub>)。λ<sub>`1}与λ_{`2</sub>之间的光谱辐射强度数据即为被炉内燃烧气体介质吸收后的非连续光谱辐射强度分布，λ<sub>`1}与λ_{`2</sub>之外的光谱辐射强度数据为来自锅炉受热面的连续光谱辐射强度分布。本实施例中，锅炉受热面的光谱辐射强度分布如图3所示，可以看出λ<sub>`1}＝1318.96nm，λ_`2＝1493.74nm。

被炉内燃烧气体介质吸收后的受热面的光谱辐射强度由λ_{`1</sub>与λ<sub>`2}之间的波段辐射强度积分得到：

上式中，I'_q1为被炉内燃烧气体介质吸收后的受热面的光谱辐射强度，下标1表示该数据来自光谱仪。

则炉内燃烧气体吸收的光谱辐射强度为：

上式中，I_q1为炉内燃烧气体吸收的光谱辐射强度，光谱仪在短波红外的检测范围为1150nm～1650nm；表示锅炉受热面在λ₁～λ₂之间未被炉内燃烧气体吸收的光谱辐射强度，/>表示光谱仪在短波红外范围内除燃烧气体吸收波段接收到的光谱辐射强度。

进一步的，I′_b1(λ)的确定方法如下：

将光谱仪得到的连续光谱信号扣除λ_{`1</sub>与λ<sub>`2}之间的信号数据，并对余下的光谱信号数据进行多项式拟合操作，如在图3中扣除λ_{`1</sub>与λ<sub>`2}之间的信号数据后得到图4，将图4中的光谱信号数据与波长进行多项式拟合。

具体方法为：在(1150,λ_{`1</sub>)与(λ<sub>`2},1650)两个区间内靠近λ_{`1</sub>与λ<sub>`2}侧各选取15～20个光谱辐射强度数据进行四次多项式拟合，便能得到锅炉受热面在λ_{`1</sub>～λ<sub>`2}之间未被炉内燃烧气体吸收的光谱辐射强度I'_b1(λ)在λ_{`1</sub>～λ<sub>`2}之间的拟合公式，如图6所示。

得到的四次多项式拟合公式为：

I′_b1＝I₀+B₁λ+B₂λ²+B₃λ³+B₄λ⁴(λ₁≤λ≤λ₂)

为了保证后续计算的准确性，上式只在λ取值范围为λ₁≤λ≤λ₂时可用，式中I₀为四次多项式拟合的截距(单位W/(m³×sr))，B₁,B₂,B₃,B₄为四次多项式系数，I′_b1为未被炉内燃烧气体吸收的锅炉受热面光谱辐射强度(单位W/(m³×sr))。

S3、计算受热面在短波红外波段的发射率分布，通过统计平均获得受热面短波红外发射率

S31、计算受热面在短波红外波段的发射率分布：

使用多波长法计算光谱仪测点处炉膛受热面的温度：

上式中：T为炉膛受热面温度，单位为开尔文(K)，M为用于计算的波长数；C₂为普朗克第二常数，数值为1.4388×10^-16，单位为瓦每平方米(W/m²)；λ_i为第i个波长，单位为纳米(nm)，i＝1,2…M；Δλ为波长的增加量，单位为纳米(nm)。

根据维恩位移定律：

I(λ,T)＝ε(λ)I_b(λ,T)

则光谱仪测点处炉膛受热面的的单色发射率ε(λ)可以用相同温度T下辐射强度与黑体辐射强度的比值表示：

上式中，I(λ)为波长λ下的光谱辐射强度：

I_b(λ,T)为波长λ及求得的温度T下的黑体光谱辐射强度：

S32、通过统计平均获得受热面短波红外发射率

根据S31中方法，在(1150,1650)的短波红外波长范围内等间距地取M个波长，对应计算得到光谱仪测点处炉膛受热面的M个单色发射率ε_i(λ)数据，进而得到其平均值与相对均方差σ_ε：

上式中，即为受热面短波红外发射率的统计平均值，σ_ε为ε(λ)的相对均方差，如果σ_ε小于预设阈值(本实施例设定为5％)，则可以认为在(1150,1650)的短波红外范围内，锅炉受热面的辐射可以看作灰体辐射，则可继续进行以下步骤，如果σ_ε大于等于5％，则需要更换光谱仪的测点位置，并重新回到步骤S1。

S4、将红外热辐射图像转换为波段辐射强度图像，并结合炉内燃烧气体吸收的光谱辐射强度，排除来自炉内燃烧气体介质吸收的影响，得到来自受热面的红外波段辐射强度图像。

S41、通过黑体炉对红外热成像仪进行标定，进而将红外热辐射图像转换为波段辐射强度图像I_b2：

S411、建立由红外热成像仪得到的红外热辐射图像色度信息Gray'与波段辐射强度I_b2的函数模型如下：

上式中，b_m为第一初始函数模型的多项式拟合系数，m为正整数，表示该函数模型的阶数。

S412、设置一系列预设温度，通过红外热成像仪获得在黑体炉每个预设温度下，多个积分时间的黑体炉短波红外图像，及每个短波红外图像的初始色度信息。预设温度的取值范围为600℃～2200℃，原则上要包含锅炉受热面运行状态下的所有温度。

对每个预设温度：设置一系列积分时间(一般是8个)，每个积分时间做数次重复实验(一般是3次)；将每个积分时间与对应的初始色度信息进行线性拟合，获得每个预设温度下积分时间与初始色度信息对应的线性拟合函数：

Gray_k(T)＝at+ε

上式中，Gray_k(T)为设定温度T下第k次标定实验不同积分时间对应的色度信息，t为积分时间，a为斜率，代表单次标定实验得到的标准色度信息，ε为截距，代表暗噪声。

将每个初始色度信息减去对应的预设温度对应的拟合函数的截距，再除以该初始色度信息对应的积分时间，得到去噪色度信息：

计算预设温度下所有标定实验去噪色度信息的平均值，并将该平均值作为对应预设温度下黑体炉近红外图像的标准色度信息：

上式中，n为每个预设温度下标定实验的总次数。

则通过上述方法得到了多组预设温度T与其对应的标准色度信息。

S413、将S412中得到的黑体炉近红外图像的标准色度信息Gray'(T)以及对应的波段辐射强度I_b2(T)(根据温度T和红外热成像仪最大响应时对应的波长得到)代入S411的函数模型中，求解得到函数模型的多项式拟合系数b_m，如图5所示；进而根据函数模型将S1采集的红外热辐射图像转换为波段辐射强度图像I_b2。

S42、根据波段辐射强度图像I_b2和炉内燃烧气体吸收的光谱辐射强度I_q1，确定来自受热面的红外波段辐射强度图像I′_b2。

将短波红外热像仪所拍摄的红外热辐射图像每一个像素点的辐射强度加上来自炉内燃烧气体介质的辐射强度，获得每一个像素点来自受热面的短波红外波段辐射强度图像数据：

I′_b2(x,y)＝I_b2(x,y)+I_q1

上式中，I′_b2(x,y)为红外热辐射图像的像素点(x,y)来自受热面的波段辐射强度，I_b2(x,y)为像素点(x,y)未扣除炉内燃烧气体介质吸收影响的波段辐射强度。

根据各像素点对应的波段辐射强度I′_b2(x,y)，可得到锅炉受热面整个短波红外图像画幅的辐射强度，即来自受热面的红外波段辐射强度图像I′_b2。

S5、根据来自受热面的红外波段辐射强度图像以及受热面红外发射率，得到锅炉受热面温度分布。

基于红外热辐射定律，建立短波红外波段辐射强度与短波红外发射率、温度的定量关系。

在(1150,1650)的短波红外波长范围内，根据维恩位移定律有：

则可以从上式中反解得到短波红外图像中像素点(x,y)温度的表达式：

将步骤S4得到的受热面短波红外波段辐射强度图像数据I(x,y)＝I′_b2(x,y)以及步骤S3得到的受热面短波红外发射率代入上式中，从而得到锅炉受热面温度分布：

上式中，T(x,y)为像素点(x,y)的温度，C₁为普朗克第一常数，数值为3.74×10^-16，单位为瓦每平方米(W/m²)，C₂为普朗克第二常数，数值为1.4388×10^-16，单位为瓦每平方米(W/m²)。

本发明实施例还提供了一种用于实现上述基于红外光谱的锅炉受热面温度分布检测方法的检测系统，如图7所示，包括信息获取模块、数据存储计算模块和显示模块，其中：

信息获取模块用于实现步骤S1；

数据存储计算模块包括处理器、存储器以及存储在存储器中并可在处理器中运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现步骤S2～S5，并将计算处理后的数据储存在存储器中；

显示模块以伪彩色和/或等值线的方式显示锅炉受热面温度分布。

进一步的，如图2所示，所述信息获取模块包括固定在一个基板上的红外成像镜头、分光镜、准直透镜、光谱仪和红外热成像仪，其中：

红外成像镜头设置在锅炉受热面外侧，红外热成像仪放置在红外成像镜头的光路输出成像位置处；分光镜设置在红外成像镜头和红外热成像仪之间，且分光镜与红外成像镜头光轴呈45°；光谱仪放置在分光镜的分光方向上；通过该设置保证光谱仪和红外热成像仪接收到的是来自受热面的同一束光。此外，为了保证被光谱仪接收的信号是沿视线方向上的锅炉受热面自发射光谱，在光谱仪的入口狭缝前连接一条装有光纤的准直透镜，使得光谱仪能获得锅炉受热面自发射短波红外光谱强度。光谱仪和红外热成像仪分别通过光谱仪接口和红外热成像仪接口与数据存储计算模块连接。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于红外光谱的锅炉受热面温度分布检测方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、采集锅炉受热面区域内的红外光谱信号和红外热辐射图像；

S2、将红外光谱信号转换为光谱辐射强度，并从中分离出炉内燃烧气体介质吸收的光谱辐射强度；

S3、基于光谱辐射强度，计算受热面红外发射率；

S4、将红外热辐射图像转换为波段辐射强度图像，结合炉内燃烧气体介质吸收的光谱辐射强度，得到来自受热面的红外波段辐射强度图像；

S5、根据来自受热面的红外波段辐射强度图像以及受热面红外发射率，得到锅炉受热面温度分布。

2.如权利要求1所述的基于红外光谱的锅炉受热面温度分布检测方法，其特征在于，步骤S2，包括如下步骤：

将红外光谱信号转换为光谱辐射强度I_b1(λ)，并根据光谱辐射强度确定吸收峰的波长范围为(λ_`1,λ₂)；

被炉内燃烧气体介质吸收后的受热面的光谱辐射强度I'_q1为：

炉内燃烧气体介质吸收的光谱辐射强度I_q1为：

其中，λ为波长，(λ_a,λ_b)为光谱仪采集光谱信号时的检测波长范围；I′_b1(λ)为未被炉内燃烧气体介质吸收的受热面的光谱辐射强度，其确定方法为：在(λ_{`a</sub>,λ<sub>`1})与(λ_{`2</sub>,λ<sub>`b})两个区间内靠近λ_{`1</sub>与λ<sub>`2}侧各选取多个波长对应的光谱辐射强度，并进行四次多项式拟合，根据拟合得到的四次多项式得到I′_b1(λ)。

3.如权利要求2所述的基于红外光谱的锅炉受热面温度分布检测方法，其特征在于，步骤S3，包括如下步骤：

光谱仪测点处炉膛受热面的单色发射率ε(λ)表示为：

其中，I(λ)为波长λ下的光谱辐射强度：

I_b(λ,T)为波长λ及测点处受热面温度T下的黑体光谱辐射强度：

其中，C₁为普朗克第一常数，C₂为普朗克第二常数；

在(λ_a,λ_b)范围内取M个波长，对应得到M个单色发射率数据，进而通过统计平均得到受热面红外发射率

其中，ε_i(λ)为第i个波长对应的炉膛受热面的单色发射率。

4.如权利要求3所述的基于红外光谱的锅炉受热面温度分布检测方法，其特征在于，步骤S3，计算单色发射率ε_i(λ)的相对均方差σ_ε，若值小于预设阈值，则继续后续步骤；否则，改变光谱仪测点位置并回到步骤S1。

5.如权利要求1所述的基于红外光谱的锅炉受热面温度分布检测方法，其特征在于，步骤S4，包括如下步骤：

建立红外热辐射图像的色度信息与波段辐射强度的函数模型：

其中，I_b2为波段辐射强度，Gray'为红外热辐射图像的色度信息，b_m为模型的多项式拟合系数；m表示函数模型的阶数；

根据函数模型将采集的红外热辐射图像转换为波段辐射强度图像I_b2；

进而根据波段辐射强度图像I_b2，结合炉内燃烧气体介质吸收的光谱辐射强度I_q1，得到来自受热面的红外波段辐射强度图像I′_b2。

6.如权利要求5所述的基于红外光谱的锅炉受热面温度分布检测方法，其特征在于，步骤S4，确定模型的多项式拟合系数b_m的方法为：

预设一系列温度，获取黑体炉每个预设温度下，多个积分时间的黑体炉红外热辐射图像及其初始色度信息；

将每个预设温度下各积分时间与对应的初始色度信息进行线性拟合，得到如下线性拟合函数：

Gray_k(T)＝at+ε

其中，Gray_k(T)为预设温度T下第k次标定实验不同积分时间对应的色度信息，t为积分时间；a为斜率，代表单次标定实验得到的标准色度信息；ε为截距，代表暗噪声；

根据下式对色度信息进行去噪，得到去噪色度信息Gray'_k(T)：

进而计算每个预设温度下，n次标定实验去噪色度信息Gray'_k(T)的平均值，即为黑体炉红外热辐射图像的标准色度信息Gray'(T)；

将标准色度信息Gray'(T)以及对应温度T下的波段辐射强度，代入红外热辐射图像的色度信息与波段辐射强度的函数模型，求解得到函数模型的多项式拟合系数b_m。

7.如权利要求1-6任一项所述的基于红外光谱的锅炉受热面温度分布检测方法，其特征在于，步骤S5，锅炉受热面温度分布计算式为：

其中，T(x,y)为像素点(x,y)的温度，C₁为普朗克第一常数，C₂为普朗克第二常数，λ为波长；I′_b2(x,y)为来自受热面的红外波段辐射强度图像中像素点(x,y)的红外波段辐射强度，为受热面红外发射率。

8.一种用于实现如权利要求1-7任一项所述的基于红外光谱的锅炉受热面温度分布检测方法的检测系统，其特征在于，包括信息获取模块和数据存储计算模块，其中：

所述信息获取模块用于实现步骤S1；所述数据存储计算模块包括处理器、存储器以及存储在存储器中并可在处理器中运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现步骤S2～S5，并将计算处理后的数据储存在存储器中。

9.如权利要求8所述的检测系统，其特征在于，所述信息获取模块包括红外成像镜头、分光镜、准直透镜、光谱仪和红外热成像仪，其中：

所述红外成像镜头的光轴设置为与锅炉受热面垂直，所述红外热成像仪放置在红外成像镜头的光路输出成像位置处；所述分光镜设置在所述红外成像镜头和红外热成像仪之间，且分光镜与红外成像镜头光轴呈45°；所述光谱仪放置在分光镜的分光方向上。

10.如权利要求8或9所述的检测系统，其特征在于，还包括显示模块，其以伪彩色和/或等值线的方式显示锅炉受热面温度分布。