專利名稱：高溫火焰圖像傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于高溫環(huán)境下的特種光學(xué)視頻探頭制造，涉及高溫火焰工業(yè)電視監(jiān) 控設(shè)備和鍋爐圖像火檢報(bào)警設(shè)備。
技術(shù)背景采用高溫火焰圖像傳感器，實(shí)現(xiàn)在集控室內(nèi)觀看鍋爐爐膛火焰的工業(yè)電視和計(jì)算 機(jī)圖像處理、判斷燃燒情況的圖像火檢信號(hào)，在大型鍋爐中已被應(yīng)用。高溫火焰圖像 傳感器由光學(xué)潛望鏡及攝像機(jī)組成，對(duì)火焰成像并轉(zhuǎn)換成視頻信號(hào)。將潛望鏡安裝在鍋爐火嘴附近，攝像鏡頭伸到爐膛內(nèi)監(jiān)測(cè)燃燒器噴口實(shí)時(shí)火焰時(shí)，要求必須耐800'C 以上的高溫。潛望鏡的耐高溫和系統(tǒng)清晰成像是高溫火焰圖像傳感器的關(guān)鍵技術(shù)。用于監(jiān)測(cè)鍋爐燃燒器的內(nèi)窺式火焰潛望鏡主要有光學(xué)輸像和光纖輸像系統(tǒng)兩種。 目前被使用的光學(xué)輸像潛望鏡普遍鏡身偏短，使得CCD攝像機(jī)被迫前移，因CCD允許最高工作溫度50x:，不得不配置復(fù)雜的設(shè)備對(duì)鏡頭和攝像機(jī)進(jìn)行強(qiáng)制風(fēng)、水冷卻，且經(jīng)常容易損壞。光纖輸像潛望鏡雖能實(shí)現(xiàn)鏡身延長(zhǎng)，但光導(dǎo)纖維耐熱性能差， 一般只能在B5iC溫度中工作，使用時(shí)仍需要強(qiáng)制風(fēng)冷，測(cè)點(diǎn)位置受到限制，安裝麻煩、 監(jiān)測(cè)困難。 發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，在無(wú)冷卻條件下，將潛望鏡光學(xué)鏡 頭從爐壁插入爐膛內(nèi)，通過(guò)輸像系統(tǒng)和攝像機(jī)獲得燃燒器噴口火焰燃燒狀態(tài)的真實(shí)火 焰圖像信號(hào)，以達(dá)到耐高溫實(shí)時(shí)監(jiān)視、保護(hù)安全生產(chǎn)目的。本實(shí)用新型所述的高溫火焰圖像傳感器包括輸像系統(tǒng)和彩色CCD攝像機(jī)。本實(shí)用新型所述的輸像系統(tǒng)包括耐高溫光學(xué)系統(tǒng)和保護(hù)套管。保護(hù)套管是為了保 障光學(xué)系統(tǒng)正常工作而設(shè)置，由外套管、鏡管組成。外套管和鏡管由外套管與鏡管固 定件連接、固定。光學(xué)系統(tǒng)固定在鏡管內(nèi)，光學(xué)系統(tǒng)由物鏡組、棱鏡組、轉(zhuǎn)像透鏡組 組成。物鏡組固定在鏡頭體按拐視要求的光軸偏轉(zhuǎn)的剖面上，安裝在鏡管的前端，由 物鏡對(duì)燃燒火焰成像，然后經(jīng)棱鏡組的轉(zhuǎn)角，再經(jīng)轉(zhuǎn)像透鏡組傳輸，最后將理想的圖 像傳給CCD靶面，由攝像機(jī)轉(zhuǎn)換成視頻信號(hào)傳給監(jiān)視器。本實(shí)用新型所述的物鏡組是二片平凸透鏡、凸面相對(duì)的聚光鏡。利用小孔成像原 理，聚光鏡作為物鏡能使暗視場(chǎng)的爐內(nèi)圖像光線均勻傳遞到CCD靶面，平凸透鏡采用 藍(lán)寶石光學(xué)元件制作，不僅可以彌補(bǔ)爐內(nèi)光量不足，成像清晰，而且耐高溫性能好。本實(shí)用新型所述的棱鏡組是兩塊尺寸不同的直角棱鏡，兩棱鏡的斜面互為倒置， 不僅能改變光的方向、調(diào)整成像位置，還具有消色差的作用。第一棱鏡為進(jìn)光棱鏡， 第二棱鏡為全反射棱鏡，光射過(guò)第一棱鏡后再射入到第二棱鏡時(shí)，經(jīng)兩個(gè)反射面再向 后反射，兩棱鏡其它幾個(gè)面磨砂。棱鏡組采用藍(lán)寶石光學(xué)元件制作，不僅光透好、耐 高溫、反射投影的距離遠(yuǎn)，在輸像系統(tǒng)中對(duì)轉(zhuǎn)像透鏡具有隔熱保護(hù)作用。本實(shí)用新型所述的轉(zhuǎn)像透鏡組包括轉(zhuǎn)像物鏡組和轉(zhuǎn)像目鏡組，采用雙分離透鏡組 的形式，起到消色差的作用。另外，為使鏡片組的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化，用同一種參數(shù)的雙凸透 鏡、彎月透鏡，使其既能組合成轉(zhuǎn)像物鏡組，也能構(gòu)成轉(zhuǎn)像目鏡組，使兩組透鏡組能 夠互換，只是朝向不同。本實(shí)用新型在物鏡組與棱鏡組之間設(shè)置一個(gè)光欄調(diào)節(jié)孔，以調(diào)節(jié)視場(chǎng)范圍。本實(shí)用新型可在CCD靶面的前端設(shè)置一個(gè)靶距調(diào)整螺姆，調(diào)節(jié)調(diào)整螺姆，可使圖 像更為清晰。本實(shí)用新型所述的保護(hù)鏡管的外套管上，可設(shè)置一吹風(fēng)口，風(fēng)源經(jīng)外套管的吹風(fēng) 口進(jìn)入外套管和鏡管的套層中，吹掃鏡頭上的灰塵，保證光學(xué)系統(tǒng)成像質(zhì)量。本實(shí)用新型所述的CCD攝像機(jī)，設(shè)有CCD保護(hù)罩以防塵。本實(shí)用新型光學(xué)潛望鏡圖像采集時(shí)具有9(TC以上的視場(chǎng)角，水平安裝、能夠拐視， 直接在燃燒器煤粉射流火焰垂直方向?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)各燃燒器著火區(qū)的火焰圖像，使采集的 圖像清晰不變形，不受煤質(zhì)、負(fù)荷及工況參數(shù)的影響。而且具有自清潔功能，防止?fàn)t 內(nèi)積灰和結(jié)焦的影響。本實(shí)用新型內(nèi)窺式光學(xué)潛望鏡具有同類產(chǎn)品不具備的優(yōu)勢(shì)1、鏡頭前端物鏡和棱鏡組全由耐高溫藍(lán)寶石光學(xué)材料制成，使用壽命長(zhǎng)，無(wú)需冷 卻；2、針孔鏡頭，增強(qiáng)聚光效果，在光線弱、煙氣大時(shí)便于觀察；3、鏡管長(zhǎng)，攝像 系統(tǒng)穩(wěn)定；4、 CCD靶面前端的靶距調(diào)整螺姆，使系統(tǒng)具有調(diào)焦功能，能使圖像更清 晰；5、外保護(hù)套管吹風(fēng)口，方便鏡頭吹灰；6、不受安裝位置的限制，可隨意調(diào)整觀 察位置；7、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便。8、物鏡組與棱鏡組之間的光欄調(diào)節(jié)孔，可以方便 地調(diào)節(jié)視場(chǎng)范圍。 附困說(shuō)明圖l為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。其中l(wèi)為外套管，2為鏡管，3為入光口， 4為 針孔，5為鏡頭體，6為轉(zhuǎn)像物鏡組，7為轉(zhuǎn)像目鏡組，8為吹風(fēng)口， 9為靶距調(diào)整螺 母，10為CCD, ll為CCD保護(hù)罩，12為外套管與鏡管固定件。圖2為本實(shí)用新型的鏡頭體結(jié)構(gòu)示意圖。其中4為針孔，21為物鏡A, 22為物鏡 B， 23為光欄調(diào)節(jié)孔，24為棱鏡A， 25為棱鏡B。圖3為本實(shí)用新型的光學(xué)系統(tǒng)圖。其中21為物鏡A， 22為物鏡B, 23為光欄調(diào) 節(jié)孔，24為棱鏡A， 25為棱鏡B， 6為轉(zhuǎn)像物鏡組，7為轉(zhuǎn)像目鏡組，M為CCD靶 面。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例圖l、圖2為本實(shí)施例的結(jié)抅示意圖，圖3為本實(shí)施例的光學(xué)系統(tǒng)示意圖。 其中物鏡組(聚光鏡)各數(shù)據(jù)如下外圓8mm,焦距8.4mm，間距2mm。物鏡A:中心厚度2.46mm， 為~ ， R2為6.55mm;物鏡B:中心厚度2.46mm, R！為6.55mm,R2為^;物鏡A、物鏡B所用材料均為AL203。棱鏡組各數(shù)據(jù)如下棱鏡A (進(jìn)光棱鏡)折射角為22.5°長(zhǎng)為9mm,寬為9mm, hi為4.07mm, h2為7.8mm;棱鏡B (全反射棱鏡)折射角為22.5°長(zhǎng)為22.8mm,寬 為9mm， hi為1.35mm, h2為10.5mm;棱鏡A、棱鏡B所用材料均為AL203。轉(zhuǎn)像透鏡組各數(shù)據(jù)如下其中轉(zhuǎn)像物鏡組外圃22mm，雙凸透鏡的焦距為 128.951mm，中心厚度3.6mm， R^為186; R: 為140，所用材料為ZK10;彎月透鏡的 焦距為-269.184mm，中心厚度2.4mm, 為140; R2為622,所用材料為ZF2。轉(zhuǎn)像目鏡組的雙凸透鏡、彎月透鏡各數(shù)據(jù)與轉(zhuǎn)像物鏡組的雙凸透鏡、彎月透鏡各棱鏡組、轉(zhuǎn)像物鏡組、轉(zhuǎn)像目鏡組、CCD靶面距針孔的距離分別為30mm, 300mm, 800mm，畫(huà)Omm。
權(quán)利要求1、一種高溫火焰圖像傳感器，由輸像系統(tǒng)和彩色CCD攝像機(jī)組成，輸像系統(tǒng)包括藍(lán)寶石耐高溫光學(xué)系統(tǒng)和保護(hù)套管，保護(hù)套管由通過(guò)固定件連接固定的外套管、鏡管組成，耐高溫光學(xué)系統(tǒng)固定在鏡管內(nèi)，光學(xué)系統(tǒng)由物鏡組、棱鏡組、轉(zhuǎn)像透鏡組組成，其特征是物鏡組為凸面相對(duì)的二片平凸透鏡，棱鏡組為斜面互為倒置的兩塊直角棱鏡，轉(zhuǎn)像透鏡組包括轉(zhuǎn)像物鏡組和轉(zhuǎn)像目鏡組，為雙分離透鏡組。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器，其特征是在物鏡組與棱鏡組之間設(shè)置一個(gè)光欄 調(diào)節(jié)孔。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的傳感器，其特征是在CCD靶面的前端設(shè)置一個(gè)靶距調(diào) 、4:根據(jù)權(quán)利要求l所述的傳感器，其特征是在保護(hù)鏡管的外套管上，設(shè)置一吹風(fēng)口。
專利摘要一種高溫火焰圖像傳感器，屬于高溫環(huán)境下的特種光學(xué)視頻探頭制造，由輸像系統(tǒng)和彩色CCD攝像機(jī)組成，輸像系統(tǒng)包括藍(lán)寶石耐高溫光學(xué)系統(tǒng)和保護(hù)套管，保護(hù)套管由通過(guò)固定件連接固定的外套管、鏡管組成，耐高溫光學(xué)系統(tǒng)固定在鏡管內(nèi)，光學(xué)系統(tǒng)由物鏡組、棱鏡組、轉(zhuǎn)像透鏡組組成，其特征是物鏡組為凸面相對(duì)的二片平凸透鏡，棱鏡組為斜面互為倒置的兩塊直角棱鏡，轉(zhuǎn)像透鏡組包括轉(zhuǎn)像物鏡組和轉(zhuǎn)像目鏡組，為雙分離透鏡組，本實(shí)用新型使用壽命長(zhǎng)，無(wú)需冷卻，聚光效果好，攝像系統(tǒng)穩(wěn)定，圖像清晰，可隨意調(diào)整觀察位置，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，視場(chǎng)調(diào)節(jié)范圍寬。
文檔編號(hào)H04N5/225GK201170810SQ20072000409
公開(kāi)日2008年12月24日 申請(qǐng)日期2007年3月5日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月5日
發(fā)明者于向東 申請(qǐng)人:于向東