CN102865922B - 火焰检测器和检测火焰的方法 - Google Patents
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Abstract
在此描述了火焰检测器和检测火焰的方法。一种设备包括被配置成处理从区域发射的中波红外光和长波红外光的光学元件，以及被配置成基于由该光学元件所处理的中波红外光和长波红外光来检测该区域中的火焰的测辐射热计。
Description
有关申请的交叉引用
本申请是序号为61/504,645、2011年7月5日提交的美国临时申请的非临时申请，该美国临时申请的整个说明书通过引用被合并于此。
技术领域
本公开涉及火焰检测器和检测火焰的方法。
背景技术
火焰检测器可被用来检测诸如石油平台的多个不同环境中的火焰（例如火）的存在。例如，火焰检测器可通过检测由火焰所发射的光（例如，辐射）来检测火焰的存在。
因为火焰的主发射是中波红外（MWIR）光（例如，具有3.0至5.0微米的波长的光），先前的火焰检测器可被配置成仅检测和/或处理MWIR光。就是说，先前的火焰检测器也许不能检测和/或处理MWIR范围之外的光。
然而，仅检测和处理MWIR光可降低火焰检测器的有效性。例如，可仅检测和/或处理MWIR光的先前的火焰检测器可能具有高的错误报警率（例如，这种先前的火焰检测器可能频繁地指示在实际上不存在火焰的环境中已经检测到火焰）。
附图说明
图1说明了按照本公开的一个或多个实施例的火焰检测器的一部分的分解图。
图2说明了按照本公开的一个或多个实施例的火焰检测器的侧视图。
图3说明了按照本公开的一个或多个实施例的检测火焰的方法。
具体实施方式
在此描述了火焰检测器和检测火焰的方法。例如，一个或多个实施例包括光学元件，被配置成处理从区域发射的中波红外光和长波红外光，以及测辐射热计，被配置成基于由该光学元件所处理的中波红外光和长波红外光来检测区域中的火焰。
除了检测和/或处理中波红外（MWIR）光（例如，具有3.0至5.0微米的波长的光），按照本公开的一个或多个实施例的火焰检测器可检测和/或处理MWIR范围之外的光。例如，按照本公开的一个或多个实施例的火焰检测器可检测和/或处理长波红外（LWIR）光（例如，具有8.0至12.0微米的波长的光）。由此，相比于先前的火焰检测器，按照本公开的一个或多个实施例的火焰检测器可具有增加的有效性。例如，按照本公开的一个或多个实施例的火焰检测器可具有比先前的火焰检测器更低的错误报警率。
例如，因为除了火焰之外的区域中的其它物体（例如，在环境温度下的物体、区域中的背景物体、和/或区域中的人）的主发射可能是LWIR光，所以按照本公开的一个或多个实施例的火焰检测器除了检测火焰的存在之外，可检测区域中的这种物体的存在。由此，按照本公开的一个或多个实施例的火焰检测器可提供关于（例如，识别）区域中火焰的位置（例如，来源）的信息和/或火焰正燃烧的区域（例如，现场）的视图。
在随后的详细说明中，对形成其一部分的附图进行参考。附图以说明的方式示出了本公开的一个或多个实施例可如何被实践。
这些实施例被足够详细地描述以使本领域普通技术人员能够实践本公开的一个或多个实施例。要理解的是，可利用其它实施例，并且可在不背离本公开的范围的情况下，做出过程、电气、和/或结构的改变。
如将被理解的，可增加、交换、组合、和/或消除在此的各种实施例中所示的元件，以便提供本公开的多个附加的实施例。图中所提供的元件的比例和相对尺度意在说明本公开的实施例，并且不应当以限制意义进行。
在此的附图遵循编号规定，其中首先的一个数字或多个数字与附图的图号相对应，以及其余的数字识别了在该附图中的元件或部件。在不同的图之间的相似的元件或部件可以通过使用相似的数字来识别。例如，102可以涉及图1中的元件“02”，以及相似的元件可被涉及为图2中的202。
如在此所使用的，“一个”或“多个”事物可指的是一个或多个这种事物。例如，“多个光学元件”可指的是一个或多个光学元件。
图1说明了按照本公开的一个或多个实施例的火焰检测器100的一部分的分解图。如图1中所示的，火焰检测器100可包括光学元件102和测辐射热计104。
例如，如图1中所说明的实施例中所示的，光学元件102可包括透镜106和滤光器108。然而，本公开的实施例不被如此限制。例如，在一些实施例中，光学元件102可不包括滤光器。例如，在一些实施例中，光学元件102可仅包括透镜（例如，透镜106）。作为附加的示例，在一些实施例中，光学元件102可包括快门来代替滤光器108。
例如，透镜106可以是双中波红外（MWIR）和长波红外（LWIR）透镜（例如，MWIR光和LWIR光两者均可穿过的透镜）。附加地和/或替代地，例如，透镜106可以是硫属化物（chalcogenide）透镜和/或硅透镜（例如，透镜106可包括硫属化物和/或硅材料）。
例如，透镜106可具有5毫米的直径。然而，本公开的实施例不限于透镜106的特定直径。
例如，滤光器108可以是蓝宝石和/或铝氧氮化物（AION）过滤器，和/或可包括硅氧化物（SiO2）和/或硫化镉（CdS）。在一些实施例中，滤光器108可具有固定的强度比率和/或固定的红外发射谱线。
在一些实施例中，滤光器108可以是放置在测辐射热计104之上（例如在测辐射热计104和透镜106之间）的固定的（例如，不可移动的）过滤器。在一些实施例中，滤光器108可以是可移动的过滤器。例如，滤光器108可以从不在测辐射热计104和透镜106之间的位置（例如，从图1中所说明的位置）移动到测辐射热计104和透镜106之间的位置。
在图1中所说明的实施例中，光学元件102包括单个滤光器（例如，滤光器108）。然而，本公开的实施例不被如此限制。例如，在一些实施例中，光学元件102可包括多个（例如两个）滤光器。
尽管为了清楚和不至于使本公开的实施例模糊而未在图1中示出，但在一些实施例中，光学元件102可包括邻近（例如，在其上和/或附着到）滤光器108的第一侧的宽带反射器，以及邻近滤光器108的第二（例如，相对）侧的宽带发射器。
在图1中所说明的实施例中，透镜106和滤光器108是分离的（例如，未附着）。然而，本公开的实施例不被如此限制。例如，在一些实施例中，滤光器108可被附着到透镜106（例如，施加到其面部和/或叠加到其上）。
例如，如图1中所示，测辐射热计104可包括像素阵列110。在图1中所说明实施例中，测辐射热计104包括单个像素阵列（例如，阵列110）。然而，本公开的实施例不被如此限制。例如，在一些实施例中，测辐射热计104可包括多个（例如，分离的）像素阵列。
在一些实施例中，测辐射热计104可包括为了清楚和不至于使本公开的实施例模糊而未在图1中示出的多种不同材料（例如，层）。例如，在一些实施例中，测辐射热计104可包括反射器、真空间隙、吸收器、氮化硅（Si3N4）材料、氧化钒（VOX）材料、以及附加的Si3N4材料。例如，反射器可具有100纳米（nm）的厚度。例如，真空间隙可具有400nm或2800nm的厚度。例如，吸收器可具有90 Ohm每平方（Ω/sq）的薄层电阻。例如，Si3N4材料可均具有200nm的厚度。例如，VOX材料可具有10K/sq的厚度。相反，先前的测辐射热计的真空间隙的厚度可以是例如1800nm，先前的测辐射热计的Si3N4材料的厚度可以是例如300nm，以及先前的测辐射热计可以不包括吸收器。
光学元件102（例如，透镜106和/或过滤器108）可处理（例如，捕获）从区域（例如火焰所在的或可能存在的区域）发射的MWIR光（例如，具有3.0至5.0微米的波长的光）和LWIR光（例如，具有8.0至12.0微米的波长的光）。MWIR光（例如，MWIR辐射）可包括由区域中的火焰所发射的光，以及LWIR光（例如，LWIR辐射）可包括由除了火焰之外的区域中的一个或多个物体（例如，在环境温度下的区域中的物体、区域中的背景物体、和/或区域中的人）所发射的光。
例如，由火焰所发射的光可具有2.7微米或4.2至4.4微米的波长。就是说，火焰可以是例如主发射来自H2O的氢火焰，或主发射来自CO2的烃火焰。然而，实施例不限于特定类型的火焰或由火焰所发射的光波长。
例如，火焰的温度可以是150摄氏度或400摄氏度。就是说，火焰可从例如点火器或火炬发出。然而，实施例不限于特定的火焰源或温度。
测辐射温度计104可基于由光学元件102所处理的MWIR光和LWIR光来检测区域中的火焰（例如，确定其存在）。例如，在光学元件不包括滤光器108的实施例（例如，光学元件102仅包括透镜106）中，像素阵列110可吸收由光学元件102所处理的MWIR光的一部分和由光学元件102所处理的LWIR光的一部分。由阵列110所吸收的MWIR光的一部分可以多于由阵列110所吸收的LWIR光的一部分（例如，阵列110可以对MWIR光比对LWIR光更敏感）。例如，阵列110可吸收由光学元件102所处理的100%（例如所有）的MWIR光，但仅吸收由光学元件102所处理的50-60%、5-20%、或5-10%的LWIR。然而，本公开的实施例不限于由阵列110所吸收的特定部分的MWIR或LWIR光。
测辐射热计104可接着生成图像（例如，单个图像），该图像将由阵列110所吸收的MWIR光的一部分和由阵列110所吸收的LWIR光的一部分进行组合。就是说，该图像将由火焰所发射的光与由除了火焰外的区域中的物体所发射的光进行组合。由此，该图像可既显示火焰，又显示该火焰正燃烧的整个现场（例如，可相对于和/或区别于更低强度的LWIR空间背景来看见由火焰所发射的MWIR光）。
在测辐射热计104包括多个像素阵列的实施例中，第一阵列（或第一多个阵列）可吸收由光学元件102所处理的MWIR光，以及第二阵列（或第二多个阵列）可吸收由光学元件102所处理的LWIR光。测辐射热计104可接着生成图像，该图像对由第一阵列（或第一多个阵列）所吸收的MWIR光和由第二阵列（或第二多个阵列）所吸收LWIR光进行组合。
作为附加的示例，在光学元件102包括滤光器108的实施例中，滤光器可交替地防止（例如，阻止）MWIR光和LWIR光到达测辐射热计104。就是说，滤光器108可交替地用作阻止MWIR光的MWIR过滤器和阻止LWIR光的LWIR过滤器。在一些实施例中，滤光器108可包括单个过滤器（例如，单个组合的MWIR和LWIR过滤器），以及在一些实施例中，滤光器108可包括两个过滤器（例如，分离的MWIR和LWIR过滤器）。
在这种示例中，测辐射热计104可生成MWIR光和LWIR光的分离的图像。例如，当滤光器108正阻止LWIR光时，测辐射热计104可生成MWIR光的第一图像，以及当滤光器108正阻止MWIR光时，测辐射热计104可生成LWIR光的第二图像。就是说，由火焰所发射的光和由区域中的附加物体所发射的光可在分离的图像中以完全强度被显示（例如，可对现场进行去耦以提供与LWIR现场图像分离的MWIR火焰图像）。
在光学元件102包括代替滤光器108的快门的实施例中，该快门可以按与滤光器108相似的方式来交替地防止MWIR光和LWIR光到达测辐射热计104。测辐射热计104可接着生成MWIR光和LWIR光的分离图像（例如，当快门正阻止LWIR光时的MWIR光的第一图像，以及当快门正阻止MWIR光时的LWIR光的第二图像）。
图2说明了按照本公开的一个或多个实施例的火焰检测器200的侧视图。例如，火焰检测器200可以是结合图1先前所描述的火焰检测器100。
如图2中所示的，火焰检测器200包括多个（例如复数个）光学元件202。例如，多个光学元件可以是十二个。然而，本公开的实施例不限于特定数量的光学元件。
光学元件202可以与结合图1先前所描述的光学元件102类似。例如，光学元件202可包括透镜、滤光器、和/或快门，以及可以按与光学元件102类似的方式来处理MWIR光和LWIR光。
如图2中所示，光学元件202（例如，光学元件202的透镜）可被放置在火焰检测器200的球形表面220上。例如，球形表面220可具有32毫米的直径。然而，本公开的实施例不限于球形表面220的特定直径。
如图2中所说明的实施例来在球形表面（例如球形表面220）上放置光学元件202可增加（例如，加宽）火焰检测器200的视场。例如，火焰检测器200可具有120×60的视场，以及320×240的25微米的间距阵列。然而，本发明的实施例不限于火焰检测器200的特定视场或间距阵列。
尽管为了清楚和不至于使本公开的实施例模糊而未在图2中示出，火焰检测器200可包括与结合图1先前所描述的测辐射热计104类似的测辐射热计（例如，单个测辐射热计）。例如，该测辐射热计可以按与测辐射热计104类似的方式，基于由光学元件202所处理的MWIR光和LWIR光来检测火焰。
图3说明了按照本公开的一个或多个实施例的检测火焰的方法330。例如，方法330可分别由结合图1和/或2先前所描述的火焰检测器100和/或200所执行。
在方框332处，方法330包括检测从区域（例如，火焰可能所在或存在的区域）发射的中波红外（MWIR）光和长波红外（LWIR）光。例如，可使用（例如，由）光学元件（例如，光学元件102和/或202）以与结合图1和/或2先前在此所描述的相类似的方式来检测MWIR和LWIR光。
在方框334，方法330包括基于所检测的MWIR光和LWIR光来确定火焰是否在该区域中。例如，可使用测辐射热计（例如，测辐射热计104）以与结合图1先前在此所描述的相类似的方式来进行该确定。
尽管已经在此说明和描述了特定的实施例，本领域普通技术人员将理解的是，被考虑来实现相同技术的任何布置可取代所示的特定实施例。本公开意在覆盖本公开的各种实施例的任何和所有改编或变形。
要理解的是，已经以说明的方式而非限制方式做出了以上描述。在回顾以上描述时，以上实施例的组合以及未在此明确描述的其它实施例将对于本领域技术人员是清楚的。
本公开的各种实施例的范围包括使用以上结构和方法的任何其它应用。因此，应当参照所附的权利要求以及这些权利要求所授权的等同方式的全部范围来确定本公开的各种实施例的范围。
在前述详细描述中，出于使本公开流线化的目的而在图中所说明的示例实施例中将各种特征集中在一起。公开的这种方法不被解释为反映了本公开的实施例需要比在每个权利要求中明确叙述的特征更多的特征。
而是，如随后的权利要求所反映的，发明性主题在于少于单个所公开的实施例的所有特征。因此，随后的权利要求在此被合并到详细描述中，其中每个权利要求独立地作为单独的实施例。
Claims (9)
1.一种火焰检测器（100,200），包括：
多个透镜（106,202），被配置成同时处理从区域发射的并且同时穿过所述多个透镜（106,202）中的每个透镜的中波红外光和长波红外光；以及
测辐射热计（104），被配置成基于由所述透镜（106,202）同时处理的中波红外光和长波红外光来检测该区域中的火焰。
2.权利要求1的火焰检测器（100,200），其中该测辐射热计（104）包括像素阵列（110），该像素阵列（110）被配置成吸收由所述透镜（106,202）同时处理的中波红外光的一部分和由所述透镜（106,202）同时处理的长波红外光的一部分。
3.权利要求2的火焰检测器（100,200），其中该中波红外光的一部分多于该长波红外光的一部分。
4.权利要求1的火焰检测器（100,200），其中所述火焰检测器（100,200）包括滤光器（108），该滤光器（108）被配置成交替地防止该中波红外光和该长波红外光到达该测辐射热计（104）。
5.权利要求4的火焰检测器（100,200），其中该滤光器（108）是固定的滤光器。
6.权利要求4的火焰检测器（100,200），其中该滤光器（108）是可移动的滤光器。
7.权利要求1的火焰检测器（100,200），其中所述火焰检测器（100,200）包括快门，该快门被配置成交替地防止该中波红外光和该长波红外光到达该测辐射热计（104）。
8.权利要求1的火焰检测器（100,200），其中：
该中波红外光包括由火焰所发射的光；以及
该长波红外光包括由除了火焰外的该区域中的一个或多个物体所发射的光。
9.权利要求8的火焰检测器（100,200），其中由火焰所发射的光具有2.7微米或4.2至4.4微米的波长。
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