專利名稱：基于照相機(jī)的火焰檢測器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及使用用于記錄火焰的空間分辨圖像的照相機(jī)的火焰檢測器。
背景技術(shù)：
火焰檢測器(火焰探測器)^Li^為是商用加熱i殳備(例如，蒸汽鍋爐、 熱水器、或燃?xì)鉅t、燃油爐、燃煤爐)的燃燒室內(nèi)的最關(guān)鍵的裝置之一。 火焰檢測器是檢測引燃燈或主火焰實(shí)際上是否被點(diǎn)燃的安全裝置。火焰檢
測器^L設(shè)計成，在被正確地安裝并維護(hù)時，防止由在火焰中斷的過程中積 IMt燃燒器室內(nèi)的燃料的點(diǎn)燃所導(dǎo)致的鍋爐爆炸?；鹧嬷袛啾欢x為當(dāng)鍋 爐燃燒室內(nèi)的火焰由于設(shè)備故障或錯誤的操作而被無意地中斷時的鍋爐 狀態(tài)。
DE 197 10 206描述了一種具有將來自火焰的光<^射到其前方布置有 不同的光鐠濾波器的多個照相機(jī)上的成像光學(xué)器件的火焰檢測器。
WO 02/070953描述了 一種具有將火焰的多個圖傳^L射到單個照相機(jī) 的不同的空間區(qū)域上的成像光學(xué)器件的火焰檢測器，其中，所述圖像具有 不同的光鐠成分。所述成像光學(xué)器件由多個分束器及反射鏡的組裝件組 成。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的問題是要提供一種在WO 02/070953中所描述的類型 的簡單的火焰檢測器。
該問題通it^利要求l的火焰檢測器來解決。因此，成像光學(xué)器件包 括按照使得各透鏡裝置接收到來自火焰的光的一部分的方式并排地布置 的多個透鏡裝置。各透鏡裝置將一個圖像投射到照相機(jī)的一個區(qū)域中。在 該設(shè)計中，不需要分束器或反射鏡，由于這種組件很昂貴且難以對準(zhǔn)，因 此這;l有利的。通過將所有的圖像投射到同 一照相機(jī)上，由單個裝置來記錄所有的圖 像，這避免了由不同的照相機(jī)裝置之間的靈敏度的差異所導(dǎo)致的、可能會
影響DE19710 206的系統(tǒng)的可靠性的問題。另外，僅需要單個照相機(jī)， 這減少了用于制造火焰檢測器的成本。
有利的是，將所idit:鏡裝置布置在公共載體上，這簡化了它們的調(diào)節(jié)。 例如，所述公共載體可以載有并排地布置的多個菲涅耳透鏡。


在從屬權(quán)利要求以及以下參照附圖1的說明中公開了本發(fā)明的其他 實(shí)施例、優(yōu)點(diǎn)及應(yīng)用，其中圖l示出了本發(fā)明的實(shí)施例。
具體實(shí)施例方式
圖1示出了用于監(jiān)視火焰1的火焰檢測器的實(shí)施例。該火焰檢測器包 括光學(xué)成像系統(tǒng)2，在本實(shí)施例中，光學(xué)成像系統(tǒng)2包括公共載體4上的 多個透鏡裝置。有利的是，各透鏡裝置3a、 3b、 3c、 3d是形成在透明的 載體4上的菲涅耳透鏡。
透鏡裝置3a、 3b、 3c、 3d并排地布置在由載體4所限定的^^共平面 上，該平面被布置成與以火焰l為中心的球大致上相切，以使得各透鏡裝 置直接地接收到由火焰1所發(fā)出的光的一部分。
各透鏡裝置3a、 3b、 3c、 3d將火焰l的一個圖像投射到照相機(jī)5上。 照相機(jī)5是例如具有>^板的單芯片CCD照相機(jī)。在本實(shí)施例中，按照 使得將各圖像投射到照相機(jī)的 一個四分之一 區(qū)域中且所有的圖像具有相
同的尺寸的方式將四個圖像同時地投射到照相機(jī)5上。
將四個透鏡裝置3a、 3b、 3c、 3d關(guān)于連接火焰l與照相機(jī)5的軸大 致上對稱地布置，以使得各透鏡裝置接收到大致上相同的光量。
在所述透鏡裝置中的三個透鏡裝置(即，透鏡裝置3a、 3b、 3c)與 照相機(jī)5上的相對應(yīng)的圖《象之間布置有色彩濾波器6a、 6b、 6c，各透鏡 裝置對這些圖像中的一個圖像進(jìn)行濾光。例如，可以將色彩濾波器直接地 應(yīng)用于照相機(jī)5，或者可以將它們放在距照相機(jī)5—定距離遠(yuǎn)之處。特別 的是，還可以將濾波器安裝到載體4上。還可以使色彩濾波器位于透鏡裝 置的前方，而靠近照相機(jī)5或緊鄰在照相機(jī)5的前方的布置是有利的，這是因?yàn)樗鼫p小了不同的光譜通道之間的串?dāng)_。
照相機(jī)5上的四個圖像具有以下光鐠成分
---個圖傳遄過使紫外光通過而阻斷可見光及紅外光的UV波段
濾波器6a。有利的是，UV波段濾波器6a阻斷波長大于350 nm的光。有 利的是，UV波段濾波器6a使波長在300 nm與320 nm之間的光通過。 這是來自O(shè)H基的光的光鐠范圍，該光鐠范圍是燃燒的火焰的顯著的指 示。大多數(shù)^&燃料的燃燒火焰發(fā)出足以使該光譜范圍中的檢測可行的紫 外輻射。這種光的存在高度地指示點(diǎn)燃的火焰。然而，UV輻射會被存在 于燃燒室中的煤煙或碳粒子阻斷。
---個圖傳逸過使可見光通過而阻斷紫外光及紅外光的VIS波段
濾波器6b。有利的是，VIS波段濾波器6b阻斷波長小于400 nm的光以 及波長大于780 nm的光，而讓波長在400 nm與780 nm之間的光通過。 來自該光鐠范圍的光通常用于油燃料燃燒火焰，并且不易被煤煙吸收。
---個圖傳逸過使紅外光通過而阻斷可見光及紫外光的IR波段
濾波器6c。有利的是，IR波段濾波器6c阻斷波長小于800nm的光，而 使波長大于800 nm的光通過。這種紅外光指示大多數(shù)點(diǎn)燃的火焰，但是 它也可能是由設(shè)備的熱的部件發(fā)出的。其在煤煙中的吸收小于波長更短的 光的吸收.
---個圖像不通過任何濾波器，因此其包括來自火焰1的紫外光、
可見光及紅外光。該光特別地適合于分析各種火焰^t(例如，形狀、波 動等)。作為另一種選擇，可以根據(jù)UV信號、VIS信號及IR信號的加權(quán) 和來計算全鐠寬信號，作為直接地測量全鐠寬信號的替代。
圖像處理技術(shù)可以用于對由照相機(jī)5所接收到的圖像進(jìn)行分析。例
如
一一可以根據(jù)具有預(yù)定的典型火焰形狀及典型波動的圖^^的存在而 推導(dǎo)出存在火焰。簡單地說，通常最好在紫外圖像中檢測氣體火焰，最好 在可見光范圍中檢測油火焰，最好在紅外范圍中檢測煤粉火焰。
——例如可以才艮據(jù)強(qiáng)的閃爍(強(qiáng)的信號變化)以^i/或者不正常的火 焰形狀如險測非理想燃燒的燃燒火焰。
通常，如從以上可以看到的，對要在測量中使用的光誥范圍的選擇取 決于燃燒的種類。由于本裝置使得可以在不同的光"^普范圍中測量，因此其 可以通過簡單地改變評價算法而用于各種類型的燃燒?？梢酝ㄟ^加入光源(有利的是，發(fā)出uv輻射、可見光輻射及紅外輻
射的光源7)而使該裝置擁有自診斷能力。安置光源7以將itt送到照相 機(jī)5中，從而測試照相機(jī)5的操作。例如可以在已知或假定火焰熄滅時打 開或關(guān)閉光源7。在這種情況下，應(yīng)當(dāng)與光源7的打開或關(guān)閉同步地產(chǎn)生 信號。如果未觀察到這種信號，則照相機(jī)5可能不工作，并可以產(chǎn)生警告 信號。
有利的是，使光源7位于使得其光落到透鏡裝置3a、 3b、 3c、 3d的 與火焰l相反的側(cè)上的位置。由透鏡裝置3a、 3b、 3c、 3d所^Jt的光的 一部分落到照相機(jī)5上。
并且，并不嚴(yán)格地必須在所提及的全部三個光譜范圍中進(jìn)行測量。取 決于火焰檢測器的所期望的應(yīng)用范圍，僅在所述光譜范圍的子集中的測量 可能就足夠了。具體地說，光學(xué)濾波器的數(shù)量例如可以減少到僅兩個。
例如，可以通過將一個火焰檢測器沿以火焰為原點(diǎn)的正交x-y-z坐標(biāo) 系的x軸放置、將一個檢測器沿y軸放置、并將一個檢測器沿z軸放置， 來將這里所示出的多個火焰檢測器進(jìn)行組合，從而測量火焰1的三維性 質(zhì)。
為了進(jìn)一步提高裝置的靈敏度,可以使用光學(xué)頻率轉(zhuǎn)換器。具體地說，
合適的uv敏感的熒光材料(例如，熒光粉)可以將uv光轉(zhuǎn)換到a照
相機(jī)的靈敏度最高的可見光語范圍。例如，在W. A. R. Franks等人的 "Responsive CCD Image Sensors With Enhanced Inorganic Phosphor Coatings" (IEEE Transactions on Electron Devices,第50巻，第2期， 第352-358頁)中描述了合適的熒光粉。例如可以將頻率轉(zhuǎn)換器層壓到 濾波器6a、 6b、 6c中的一個上。
相似的是，可以4吏用頻率上轉(zhuǎn)換來將波長大于1 jtm的光轉(zhuǎn)換到4 照相機(jī)靈敏的光鐠范圍中。
本領(lǐng)域技術(shù)人員知曉該類型的合適的材料，例如由LDP LLC. (220 Broad Street, Carlstadt， NJ 07072， USA(www.maxmax.com))所售賣的、 例如以IRDC2 IRUCG、 IRUCR及IRUCB的名稱的材料。標(biāo)號列表
1:火焰
2:成《象系統(tǒng)
3、 3a、 3b、 3c: 透鏡裝
4:載體
5:照相機(jī)
6a: UV波段濾波器
6b: VIS波段濾波器
6c: IR波段濾波器
7:光源
8:可變?yōu)V波器組件 9:濾波器框 10:箭頭
8
權(quán)利要求
1. 一種火焰檢測器，該火焰檢測器用于監(jiān)視火焰，該火焰檢測器包括照相機(jī)(5)；光學(xué)成像系統(tǒng)(3、3a～3d、6a～6c)，其用于將所述火焰的、不同的光譜區(qū)中的多個圖像投射到所述照相機(jī)(5)的不同的空間區(qū)域上；至少一個色彩濾波器(6a、6b、6c)，其特征在于，所述光學(xué)成像系統(tǒng)(2)包括并排地布置的多個透鏡裝置，各透鏡裝置將所述圖像中的一個圖像投射到所述照相機(jī)的所述區(qū)域中的一個區(qū)域上。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的火焰檢測器，其中，所述至少一個色彩濾 波器(6a、 6b、 6c)被設(shè)置用來對所述圖像中的一個圖像進(jìn)行濾光，尤其 是其中所述至少一個色彩濾波器(6a、 6b、 6c)被布置在所述透鏡裝置(3a 3d)中的一個透鏡裝置與所述照相機(jī)(5)之間。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的火焰檢測器，其中，所述透鏡裝置(3a 3d) 被布置在公共載體(4 )上。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的火焰檢測器，其中，所述栽體(4)載有多 個菲涅耳透鏡，尤其是并排地布置的多個菲涅耳透鏡。
5. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的火焰檢測器，該火焰檢測器 包括4吏紫外光通過而阻斷可見光及紅外光的UV波段濾波器(6a)，尤其 是其中所述UV波段濾波器(6a)阻斷波長大于350 nm的光，而且尤其 是其中所述UV波段濾波器(6a)使波長在300 nm與320 nm之間的光 通過。
6. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的火焰檢測器，該火焰檢測器 包括4吏可見光通過而阻斷紫外光及紅外光的VIS波段濾波器(6b )，尤其 是其中所述VIS波段濾波器(6b )阻斷波長小于400 nm的光以及波長大 于780 nm的光。
7. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的火焰檢測器，該火焰檢測器 包括使紅外光通過而阻斷可見光及紫外光的IR波段濾波器(6c )，尤其是 其中所述IR波段濾波器(6c)阻斷波長小于800nm的光。
8. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的火焰檢測器，其中，所述圖 像中的至少一個圖像包括來自所述火焰的紫外光、可見光及紅外光。
9. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的火焰檢測器，該火焰檢測器 還包括光源，該光源適合于將光發(fā)送到所述照相機(jī)(5)上來測試所述照 相機(jī)(5)，尤其是其中所述光源(7)位于使來自所述光源(7)的光被從 所述光學(xué)成像系統(tǒng)(2)反射到落到所述照相機(jī)(5)上的位置。
10. 根據(jù)前a利要求中的任一項(xiàng)所述的火焰檢測器，該火焰檢測器包括光學(xué)頻率轉(zhuǎn)換器，尤其是用于將UV光轉(zhuǎn)換成可見光以^更被投射到所 述照相機(jī)(5)上的光學(xué)頻率轉(zhuǎn)換器。
11. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的火焰檢測器，其中，所^Jt: 鏡裝置被布置在公共的平面上。
12. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的火焰檢測器，其中，所述透 鏡裝置(3a、 3b、 3c、 3d)關(guān)于連接所述火焰(1)與所述照相機(jī)(5)的 軸對稱地布置。
全文摘要
本發(fā)明要解決的問題是提供一種簡單的多光譜火焰檢測器。通過具有適合于將火焰的多個圖像投射到同一照相機(jī)(5)上的光學(xué)成像系統(tǒng)(3a至3d、6a至6c)的火焰檢測器來解決該問題。所述圖像來自不同的光譜區(qū)。所述成像系統(tǒng)包括并排地布置的多個透鏡裝置，成像光學(xué)器件包括按照使得各透鏡裝置接收到來自所述火焰的光的一部分的方式并排地布置的多個透鏡裝置。各透鏡裝置將一個圖像投射到所述照相機(jī)的一個區(qū)域中。在該設(shè)計中，不需要分束器或反射鏡，由于這種組件很昂貴且難以對準(zhǔn)，因此這是有利的。
文檔編號F23N5/08GK101506582SQ200680055655
公開日2009年8月12日 申請日期2006年8月25日 優(yōu)先權(quán)日2006年8月25日
發(fā)明者胡貝特·布蘭德勒 申請人:Abb研究有限公司