本實(shí)用新型涉及一種用于檢測(cè)校準(zhǔn)發(fā)射光路和接收光路的光軸共軸線的裝置。

背景技術(shù)：

在中國(guó)，絕大多數(shù)電力來自于火力發(fā)電。但是現(xiàn)在火力發(fā)電污染很大，效率也比較低下。而溫度和CO₂ 濃度等都是爐膛中燃燒的重要參數(shù)?；诩す夤庾V原理的光學(xué)類傳感器業(yè)已用于解決與提取測(cè)量技術(shù)相關(guān)的濃度成分測(cè)量問題，并且基于激光原理的測(cè)量技術(shù)也具有提供適用于動(dòng)態(tài)過程控制的高速反饋優(yōu)點(diǎn)。

現(xiàn)有技術(shù)多采用可調(diào)諧二極管激光吸收光譜法（TDLAS）來測(cè)量燃燒氣體成分、溫度場(chǎng)與其他燃燒參數(shù)。TDLAS檢測(cè)燃燒系統(tǒng)需要將多于兩種波長(zhǎng)的激光合并成一束光通過爐膛，進(jìn)入接收端的光學(xué)天線然后耦合進(jìn)光纖。TDLAS檢測(cè)燃燒系統(tǒng)需要在火電廠冷機(jī)狀態(tài)下安裝，常規(guī)方法為發(fā)射裝置將指示光入射到接收端，再切換至紅外光，此時(shí)用掃描算法掃描信號(hào)。這種方式需要大量時(shí)間裝調(diào)，以保證入射端的光軸與接收端的光軸共軸線。同時(shí)由于爐

膛內(nèi)從預(yù)熱到滿負(fù)載溫度變化大，爐壁形變會(huì)導(dǎo)致收發(fā)兩端準(zhǔn)直的偏差而造成激光偏離，在鍋爐從運(yùn)行狀態(tài)到停機(jī)而后再啟動(dòng)運(yùn)行時(shí)，由于爐壁不可恢復(fù)的變形對(duì)TDLAS檢測(cè)燃燒系統(tǒng)的使用會(huì)產(chǎn)生較大影響，因此，需要經(jīng)常性的在起機(jī)前進(jìn)行收發(fā)光路快速對(duì)準(zhǔn)調(diào)校操作。為提高裝調(diào)效率，需要開發(fā)一種快速的光路校準(zhǔn)裝置。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的是為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，提供一種用于檢測(cè)校準(zhǔn)發(fā)射光路和接收光路的光軸共軸線的裝置。

為了達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型提供了一種光路校準(zhǔn)裝置，包括半透半反鏡、物鏡和靶板；物鏡水平放置；半透半反鏡置于物鏡前端，且與物鏡呈45度傾角放置；靶板設(shè)于物鏡后端、物鏡焦距處。

本實(shí)用新型光路校準(zhǔn)裝置還包括光學(xué)檢測(cè)卡件；半透半反鏡、物鏡和靶板設(shè)于光學(xué)檢測(cè)卡件上；光學(xué)檢測(cè)卡件下端面上設(shè)有可拆卸裝置或可推移裝置。

其中，可拆卸裝置采用卡槽或卡扣；可推移裝置采用滑軌或滑塊。

光學(xué)檢測(cè)卡件為固定托板或檢測(cè)小盒；當(dāng)采用固定托板時(shí)，半透半反鏡、物鏡和靶板設(shè)于固定托板的正面，可拆卸裝置或可推移裝置設(shè)于固定托板的背面；當(dāng)采用檢測(cè)小盒時(shí)，半透半反鏡、物鏡和靶板設(shè)于檢測(cè)小盒內(nèi)，可拆卸裝置或可推移裝置設(shè)于檢測(cè)小盒的底部外側(cè)面。

當(dāng)光學(xué)檢測(cè)卡件為檢測(cè)小盒；檢測(cè)小盒上設(shè)有入光孔、出光孔和可視窗；入光孔和出光孔位于檢測(cè)小盒的前端的左右兩側(cè)，且正對(duì)半透半反鏡的中心；可視窗位于檢測(cè)小盒的后端面上，且正對(duì)靶板。

靶板采用帶刻線分劃板或CCD靶板。

本實(shí)用新型相比現(xiàn)有技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn)：本實(shí)用新型通過半透半反膜的一面可透過由發(fā)射裝置發(fā)射的指示光，另一面可將由接收裝置（即接收光路）反射回來的指示光反射給物鏡，再由物鏡聚焦到靶板上，通過光斑在靶板位置的數(shù)值化快速對(duì)準(zhǔn)或判讀形變偏移量；同時(shí)本實(shí)用新型通過設(shè)置可拆卸裝置或可推移裝置，可在運(yùn)行對(duì)鍋爐燃燒檢測(cè)時(shí)，及時(shí)將光學(xué)檢測(cè)卡件從鍋爐燃燒檢測(cè)系統(tǒng)移除，不影響燃燒檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)爐膛燃燒參數(shù)的測(cè)定。本實(shí)用新型具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便、準(zhǔn)確高效等特點(diǎn)。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型光路校準(zhǔn)裝置的光路示意圖；

圖2為本實(shí)用新型光路校準(zhǔn)裝置應(yīng)用在燃燒檢測(cè)系統(tǒng)中的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本實(shí)用新型光路校準(zhǔn)裝置的校準(zhǔn)原理圖；

圖4為本實(shí)用新型光路校準(zhǔn)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中，1-發(fā)射裝置，2-轉(zhuǎn)臺(tái)Ⅰ，3-機(jī)械懸臂Ⅰ，4-激光切換裝置，5-光學(xué)檢測(cè)卡件，51-入光孔，52-出光孔，53-可視窗，6-靶板，7-物鏡，8-半透半反鏡，9-接收裝置，10-濾光片，11-轉(zhuǎn)臺(tái)Ⅱ，12-探測(cè)器，13-鍋爐溫度場(chǎng)，14-機(jī)械懸臂Ⅱ。

圖3中，α-偏轉(zhuǎn)角，f-物鏡焦距，d-聚焦光偏離距離。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型光路校準(zhǔn)裝置進(jìn)行詳細(xì)說明。

如圖1所示，本實(shí)用新型光路校準(zhǔn)裝置包括光學(xué)檢測(cè)卡件5、靶板6、物鏡7、半透半反鏡8。物鏡7水平放置，半透半反鏡8置于物鏡7前端，且與物鏡7呈45度傾角放置，靶板6設(shè)于物鏡7后端、且位于物鏡7焦距處。本實(shí)施例中光學(xué)檢測(cè)卡件5采用檢測(cè)小盒，小盒采用透明或非透明的材料，如圖4以透明材料示例，靶板6、物鏡7、半透半反鏡8固定于光學(xué)檢測(cè)卡件5內(nèi)，防止外界環(huán)境對(duì)光路影響，延長(zhǎng)裝置的使用壽命。光學(xué)檢測(cè)卡件5也可直接采用板狀結(jié)構(gòu)，進(jìn)行靶板6、物鏡7、半透半反鏡8的固定。

結(jié)合圖4，本實(shí)用新型光學(xué)檢測(cè)卡件5采用檢測(cè)小盒，檢測(cè)小盒的前端左右兩側(cè)分別設(shè)有入光孔51、出光孔52，正對(duì)半透半反鏡的中心。檢測(cè)小盒的后端面上設(shè)有可視窗53，正對(duì)靶板6。

本實(shí)用新型光路校準(zhǔn)裝置用于燃燒檢測(cè)系統(tǒng)時(shí)，設(shè)于發(fā)射端的前端。如圖2所示，燃燒檢測(cè)系統(tǒng)包括發(fā)射裝置1、轉(zhuǎn)臺(tái)Ⅰ2、機(jī)械懸臂Ⅰ3、激光切換裝置4、光路校準(zhǔn)裝置、接收裝置9、濾光片10、轉(zhuǎn)臺(tái)Ⅱ11、光電探測(cè)器12、機(jī)械懸臂Ⅱ14。鍋爐溫度場(chǎng)13位于鍋爐爐膛中。轉(zhuǎn)臺(tái)Ⅰ、轉(zhuǎn)臺(tái)Ⅱ均為在水平和垂直方向正交旋轉(zhuǎn)的正交旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺(tái)，可手動(dòng)調(diào)節(jié)或轉(zhuǎn)臺(tái)控制。由發(fā)射裝置1、轉(zhuǎn)臺(tái)Ⅰ2、機(jī)械懸臂Ⅰ3、激光切換裝置4組成燃燒檢測(cè)系統(tǒng)的發(fā)射端：激光切換裝置4通過光纖連接發(fā)射裝置1，發(fā)射裝置1通過轉(zhuǎn)臺(tái)Ⅰ2固定安裝于機(jī)械懸臂Ⅰ3上，光學(xué)檢測(cè)卡件5也裝置于機(jī)械懸臂Ⅰ3上，裝配位在于發(fā)射裝置1的前端。檢測(cè)小盒的底部設(shè)有卡扣（或卡槽），機(jī)械懸臂Ⅰ3的對(duì)應(yīng)位置設(shè)有卡槽（或卡扣），兩者通過卡扣連接，可手動(dòng)拆卸。也可在檢測(cè)小盒的底部設(shè)有滑軌（或滑塊），機(jī)械懸臂Ⅰ3的對(duì)應(yīng)位置設(shè)有對(duì)應(yīng)的滑塊（或滑軌），兩者通過滑塊在滑軌內(nèi)滑動(dòng)進(jìn)行裝配或移除。如圖4所示，本實(shí)用新型光學(xué)檢測(cè)卡件5底部固定設(shè)有的滑塊，滑塊上設(shè)有滑槽與機(jī)械懸臂Ⅰ3上設(shè)有滑軌對(duì)應(yīng)裝配，光學(xué)檢測(cè)卡件5通過滑槽在滑軌上運(yùn)動(dòng)，進(jìn)行安裝、移除。檢測(cè)小盒內(nèi)的半透半反鏡8鍍指示光波段半透半反膜，使發(fā)射裝置1的光軸與物鏡7的光軸相交于半透半反鏡8中點(diǎn)，并且共軛。靶板6安放在物鏡7焦點(diǎn)并共軸。靶板6可為帶刻線分劃板或CCD靶板等類似靶板，用于判斷聚焦光斑的位置信息。更簡(jiǎn)易的，物鏡7和靶板6可直接采用CCD相機(jī)和相機(jī)鏡頭搭配替代，如索尼XCG-5005E工業(yè)CCD搭配ComputerMP5018-MP2工業(yè)鏡頭。

由接收裝置9、濾光片10、轉(zhuǎn)臺(tái)Ⅱ11、光電探測(cè)器12、機(jī)械懸臂Ⅱ14組成燃燒檢測(cè)系統(tǒng)的接收端。其中，濾光片10、接收裝置9同軸固定安裝于轉(zhuǎn)臺(tái)Ⅱ11上，并由轉(zhuǎn)臺(tái)Ⅱ11固定安裝于機(jī)械懸臂Ⅱ14上，接收裝置9通過光纖與光電探測(cè)器12連接；其中，濾光片10鍍溫度場(chǎng)測(cè)量波段增透膜，該濾光片對(duì)指示光有很高的反射率。

采用本實(shí)用新型光路校準(zhǔn)裝置進(jìn)行燃燒檢測(cè)系統(tǒng)檢測(cè)的具體使用如下：在冷機(jī)下，將激光切換裝置4切換為指示光，將本實(shí)用新型光路校準(zhǔn)裝置通過光學(xué)檢測(cè)卡件5安裝于機(jī)械懸臂Ⅰ3上，調(diào)整轉(zhuǎn)臺(tái)Ⅰ2將發(fā)射裝置1投射的指示光穿過半透半反鏡8投射于接收端濾光片10上，濾光片10將指示光反射到半透半反鏡8上，半透半反鏡8將指示光反射至物鏡7，經(jīng)過聚焦的光斑投射到靶板6上。物鏡7的焦距和靶板6的尺寸決定了偏轉(zhuǎn)角度測(cè)量的范圍，物鏡7焦距和靶板6象元尺寸決定了裝置分辨率。若發(fā)射裝置1和接收裝置9光軸不平行，則聚焦光斑會(huì)偏移靶板6的中心，偏離靶板中心點(diǎn)的相對(duì)位置，可帶入下列公式計(jì)算出濾光片10偏轉(zhuǎn)角，如圖3所示：

式中：d為聚焦光偏離距離（相對(duì)靶板中心位置），f為物鏡焦距，為偏轉(zhuǎn)角。

根據(jù)公式計(jì)算的偏轉(zhuǎn)角值，通過微調(diào)轉(zhuǎn)臺(tái)Ⅱ，使聚焦光斑重疊于靶板6中心。

若使用物鏡焦距為50mm，轉(zhuǎn)臺(tái)不細(xì)分下轉(zhuǎn)動(dòng)1步長(zhǎng)旋轉(zhuǎn)量為0.1mrad，靶板使用CCD靶板，靶板像素為2592×1944，象元大小為2.2μm×2.2μm，通過上述公式可得本系統(tǒng)的校準(zhǔn)范圍為：57mrad×42mrad，校準(zhǔn)精度為0.02mrad。

當(dāng)聚焦光斑沿x軸偏離靶板中心點(diǎn)+50個(gè)像素，對(duì)應(yīng)偏移距離為+110μm，經(jīng)過公式計(jì)算，接收裝置相對(duì)發(fā)射裝置偏移了1.1mrad，此時(shí)發(fā)出指令調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)臺(tái)Ⅱ11沿x負(fù)方向旋轉(zhuǎn)11個(gè)步長(zhǎng)，使聚焦光斑與靶板6中心點(diǎn)重合即完成對(duì)準(zhǔn)。

鍋爐起機(jī)后：將激光切換裝置4切換為溫度場(chǎng)測(cè)量波段光，將安裝在機(jī)械懸臂Ⅰ3上的光路校準(zhǔn)裝置取下，進(jìn)行后續(xù)信號(hào)獲取，測(cè)量溫度場(chǎng)。

鍋爐由運(yùn)行至停機(jī)后：重復(fù)冷機(jī)下快速對(duì)準(zhǔn)操作，記錄偏離位置，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)臺(tái)Ⅱ11使聚焦光斑與靶板中心點(diǎn)重合即完成修復(fù)。若光斑移出探測(cè)范圍，則認(rèn)為變形量過大，需要重新校準(zhǔn)。

本實(shí)用新型的光路校準(zhǔn)裝置不僅可以在TDLAS檢測(cè)燃燒系統(tǒng)對(duì)鍋爐兩端的激光發(fā)射裝置、接收裝置進(jìn)行準(zhǔn)直調(diào)校檢測(cè)，也可以用于與此相似的平行光收發(fā)端設(shè)備的準(zhǔn)直檢測(cè)與調(diào)校分析，如基于本實(shí)用新型工作原理，在平行光收發(fā)端設(shè)備調(diào)校時(shí)，可在接收裝置中臨時(shí)同軸設(shè)置一面反光鏡，將發(fā)射光反射回光學(xué)檢測(cè)卡件即可實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)直檢測(cè)與調(diào)校分析，因此，本實(shí)用新型具有廣泛的適用性，是一種通用的準(zhǔn)確而便捷的光路校準(zhǔn)測(cè)量分析裝置。