CN106949972A - 高温炉中的热成像 - Google Patents

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Abstract

用于通过炉壁中的开口对高温炉的内部空间进行热成像的设备和方法。外壳容纳刚性管道镜的至少一部分。外壳具有端口，其用于通过外壳吸入周围空气，以冷却刚性管道镜，并且传送空气通过外壳的端部处的孔且将空气传送到炉中。摄像头操作性地连接到刚性管道镜上，但定位成使得它与传送通过外壳的空气隔离开。

Description

高温炉中的热成像
技术领域
本公开涉及获取高温炉中的温度数据。特别地，本公开涉及用于获取高温炉中的温度数据的热成像设备和方法。
背景技术
高温工业过程的能量效率是重要的。对于许多过程，诸如氢生产，过程的效率与监测/保持炉中的某些温度的能力有关。测量具有复杂的几何构造特征的区域中的温度可能会带来特别的挑战。例如，当测量几何构造特征的特定位置处的温度时，获得特征上的特定位置处的测量的不一致性可导致测量不一致。通过容许使用更准确的数据来进行过程控制，更精确地监测特征上的特定位置处的温度可容许提高能量效率。
本行业渴望获取热图像来改进炉运行和改进能量效率。
在现有技术中，公开了热成像装置，其中通过视口使数字摄像头瞄准且“拍摄”高温炉的内部的照片，来获得数字图像。摄像头仅仅短时间暴露于来自炉的热辐射，因而避免损伤摄像头。
本行业渴望有一种热成像装置，它可用来在延长时段里获取热图像，而不必移除热成像装置。
本行业渴望有一种可修改且可置于炉上的各种位置处的热成像装置。
本行业渴望有一种便携式且自持式热成像装置。
而且在现有技术中是使用水或压缩空气来主动冷却的热成像装置。水冷式系统具有需要将水源连接到热成像系统上的缺点。压缩空气冷却式系统具有需要将压缩空气源连接到热成像系统上的缺点。
本行业渴望有一种不需要诸如由压缩冷却空气或冷却水提供的主动冷却的热成像装置。
本行业渴望有一种稳定可靠且可经受住炉运行变化(包括炉压力变化)的热成像装置。
一些现有技术的热成像系统还具有需要在炉中制作额外的孔的缺点。
本行业渴望有一种能够在不需要在炉中制作额外的孔的情况下，安装到高温炉上的热成像设备。
本行业渴望有一种可在最小程度地修改高温炉的情况下安装的热成像装置。
发明内容
在下面概述本发明的若干方面。在下文中，在下面概述本发明的具体方面。放在圆括号中的参考标号和表达提到了下面参照附图进一步阐明的示例实施例。但是，参考标号和表达仅仅是说明性的，并且不将方面局限于示例实施例的任何特定构件或特征。方面可制定成权利要求，其中在合适的时候省略放在圆括号中的参考标号和表达或者用其它代替它们。
方面1. 一种用于通过炉的壁(110)中的开口对高温炉的内部空间(100)进行热成像的设备，该设备包括：
摄像头(10)，其包括光学传感器；
刚性管道镜(20)，其包括：伸长壳，其具有观察端(22)和传感器端(24)；以及在伸长壳内的多元件中继透镜组件，其具有用于将刚性管道镜(20)观察到的实像引导到摄像头(10)的至少两个光学零件，观察端(22)包括透镜，刚性管道镜(20)的传感器端(24)操作性地连接到摄像头(10)上；
外壳(30)，其具有传感器端部分(34)和观察端部分(32)，并且在外壳(30)内限定内部空间，内部空间容纳刚性管道镜(20)的至少一部分，外壳(30)和刚性管道镜(20)的至少一部分在它们之间限定通道(35)，外壳(30)的传感器端部分(34)对应于刚性管道镜(20)的传感器端(24)，外壳(30)的观察端部分(32)对应于管道镜(20)的观察端(22)，观察端部分(32)限定与通道(35)处于流体连通的孔(25)，孔(25)协作地布置成容许实像传送到刚性管道镜(20)的观察端(22)，外壳(30)具有操作性地设置在传感器端部分(34)和观察端部分(32)之间的端口(40)，端口(40)与通道(35)处于流体连通，其中，摄像头(10)操作性地设置在通道(35)的外部和端口(40)的外部；以及
分隔部件(50)，其操作性地设置成阻碍通道(35)和摄像头(10)之间的流体连通。
方面2. 方面1的设备，其中，透镜由选自下者的材料制成：蓝宝石、石英和氟化钙。
方面3. 方面1或方面2的设备，其中，刚性管道镜(20)的伸长壳具有外表面，其中，外表面具有加强热传递表面几何构造。
方面4. 方面1至3中的任一方面的设备，其中，透镜操作性地设置在外壳(30)的内部空间内。
方面5. 方面1至4中的任一方面的设备，其中，分隔部件(50)设置在外壳(30)的内部。
方面6. 方面5的设备，其中，分隔部件(50)在外壳(30)的内壁部分和刚性管道镜(20)的伸长壳的外壁部分之间形成流阻挡件。
方面7. 方面1至6中的任一方面的设备进一步包括操作性地连接到外壳(30)的传感器端部分(34)上的容器(90)，其中，容器(90)容纳摄像头(10)。
方面8. 方面7的设备进一步包括电池(60)，其操作性地连接到摄像头上，以对摄像头(10)提供功率，其中，容器(90)容纳电池(60)。
方面9. 方面8的设备进一步包括操作性地连接到电池(60)上的太阳能电池板(65)，太阳能电池板设置在容器(90)的外部。
方面10. 方面7至9中的任一方面的设备进一步包括操作性地连接到摄像头(10)上的控制器(75)，其中，容器90容纳控制器(75)。
方面11. 方面7至10中的任一方面的设备进一步包括无线发射器(70)，其操作性地连接到摄像头(10)上，以将图像从摄像头(10)传输到计算机，其中，容器(90)容纳无线发射器(70)。
方面12. 方面7至11中的任一方面的设备，进一步包括记忆体储存器，其操作性地连接到摄像头上，以存储摄像头获取的图像，其中，记忆体储存器容纳在容器(90)中。
方面13. 方面7至12中的任一方面的设备，其中，分隔部件(50)设置在容器(90)的内部。
方面14. 方面7至13中的任一方面的设备，其中，容器(90)是防风雨容器(90)。
方面15. 方面7至14中的任一方面的设备进一步包括连接器(98)，连接器(98)将容器(90)连接到外壳(30)上。
方面16. 方面15的设备，其中，分隔部件(50)设置在连接器(98)中。
方面17. 前述方面中的任一方面的设备进一步包括操作性地设置在光学传感器和刚性管道镜(20)的观察端(22)之间的波长过滤器。
方面18. 前述方面中的任一方面的设备，其中，分隔部件(50)包括密封件，密封件在通道(35)和摄像头(10)之间提供不透流体的分隔。
方面19. 方面1至17中的任一方面的设备，其中，分隔部件(50)包括止回阀。
方面20. 前述方面中的任一方面的设备，其中，刚性管道镜(20)的伸长壳在观察端(22)处渐缩且在透镜处终止。
方面21. 前述方面中的任一方面的设备，其中，孔(25)在通道(35)和高温炉的内部空间(100)之间提供流体连通。
方面22. 前述方面中的任一方面的设备，其中，端口(40)在外壳(30)外部的环境和通道(35)之间提供流体连通。
方面23. 前述方面中的任一方面的设备进一步包括耐火块(80)，耐火块(80)限定通过其中的腔体，其中，外壳(30)的观察端部分(32)的至少一部分设置在耐火块(80)的腔体内，耐火块(80)协作地布置成容许实像传送到刚性管道镜(20)的观察端(22)。
方面24. 方面23的设备，其中，炉壁中的开口还充当视口，设备进一步包括视口门板(82)，其中，外壳(30)附连到视口门板(82)上，其中，外壳(30)穿过视口门板(82)，其中，视口门板(82)设置在端口(40)和外壳(30)的观察端部分(32)之间，以及其中，耐火块(80)附连到视口门板(82)上。
方面25. 方面24的设备进一步包括附连到视口门板(82)和高温炉外壁(86)上的铰接件(84) (以便容许通过打开视口门板来从炉壁中的开口移除外壳(30)的观察端部分(32))。
方面26. 方面24或方面25的设备，其中，用回旋连接器将外壳(30)附连到视口门板(82)上(这容许外壳(30)相对于视口门板移动，以及相应地允许管道镜相对于视口门板移动)。
方面27. 方面24的设备，其中，摄像头(10)和刚性管道镜(20)可作为子组件从外壳(30)移除；
其中，子组件可安装在第二外壳(130)中，第二外壳(130)具有传感器端部分(134)和观察端部分(132)，并且在第二外壳(130)内限定内部空间，
其中，当子组件安装在第二外壳(130)中，第二外壳(130)的内部空间容纳刚性管道镜(20)的至少一部分，第二外壳(130)和刚性管道镜(20)的至少一部分在它们之间限定通道(135)，第二外壳(130)的传感器端部分(134)对应于刚性管道镜(20)的传感器端(24)，第二外壳(130)的观察端部分(132)对应于管道镜(20)的观察端(22)，第二外壳(130)的观察端部分(132)限定与第二外壳(130)的通道(135)处于流体连通的孔(125)，其中，孔(125)协作地布置成容许实像传送到管道镜(20)的观察端(22)，第二外壳(130)具有操作性地设置在传感器端部分(134)和第二外壳(130)的观察端部分(132)之间的端口(140)，其中，第二外壳(130)的端口(140)与第二外壳(130)中的通道(135)处于流体连通，并且摄像头(10)操作性地设置在第二外壳(130)的通道(135)的外部和第二外壳(130)的端口(140)的外部；以及
其中，第二外壳(130)附连到第二视口门板(182)上，其中，第二外壳(130)穿过第二视口门板(182)，其中，第二视口门板(182)设置在第二外壳(130)的端口(140)和第二外壳(130)的观察端部分(132)之间，以及其中，第二耐火块(180)附连到第二视口门板(182)上，其中，第二耐火块(180)限定通过其中的腔体，其中，第二外壳(130)的观察端部分(132)的至少一部分设置在第二耐火块(180)的腔体内，其中，第二耐火块(180)协作地布置成容许实像传送到刚性管道镜(20)的观察端(22)。
方面28. 方面27的设备，其中，子组件进一步包括方面6的容器(90)。
方面29. 方面27或方面28的设备，其中，子组件进一步包括方面7的电池(60)。
方面30. 方面27至29中的任一方面的设备，其中，子组件进一步包括方面8的太阳能电池板(65)。
方面31. 方面27至30中的任一方面的设备，其中，子组件进一步包括方面9的无线发射器(70)。
方面32. 方面27至31中的任一方面的设备，其中，子组件进一步包括方面10的记忆体储存器。
方面33. 前述方面中的任一方面的设备进一步包括流调整器(45)，其操作性地设置成调整通过外壳(30)的端口(40)的流体流。
方面34. 方面33的设备进一步包括
温度传感器，其构造成获取可与刚性管道镜(20)的观察端(22)的温度有关的测量值，并且响应于测量值而产生电子信号；以及下者中的至少一个
(i)具有显示器的计量器，其操作性地连接到温度传感器上，以接收电子信号，并且响应于电子信号而展示温度值；以及
(ii)电子控制器，其操作性地连接到温度传感器和流调整器(45)上，并且构造成响应于来自温度传感器的电子信号而控制流调整器(45)，以调整通过端口(40)的流体流。
方面35. 前述方面中的任一方面的设备，其中，通道(35)具有横截面流动面积，并且孔(25)具有横截面流动面积，其中，孔(25)的横截面流动面积小于通道(35)的横截面流动面积，以通过增加从端口(40)流出且流向(25)和流过孔(25)的流体的流速，来改进外壳(30)的观察端部分(32)的冷却。
方面36. 一种用于在延长时段里获得高温炉中的热图像的方法，该方法包括：
在高温炉上安装用于进行热成像的组件，用于进行热成像的组件包括
摄像头(10)，其包括光学传感器；
刚性管道镜(20)，其包括：伸长壳，其具有观察端(22)和传感器端(24)；以及在伸长壳内的多元件中继透镜组件，其具有用于将刚性管道镜(20)观察到的实像引导到摄像头的至少两个光学零件，观察端(22)包括透镜，管道镜的传感器端(24)操作性地连接到摄像头上；
外壳(30)，其具有传感器端部分和观察端部分(32)，并且在外壳(30)内限定内部空间，内部空间容纳刚性管道镜(20)的至少一部分，外壳(30)和刚性管道镜(20)的至少一部分在它们之间限定通道(35)，外壳(30)的传感器端部分对应于刚性管道镜(20)的传感器端(24)，外壳(30)的观察端部分(32)对应于刚性管道镜(20)的观察端(22)，观察端部分(32)限定与通道处于流体连通的孔，孔协作地布置成容许实像传送到管道镜的观察端(22)，外壳(30)具有操作性地设置在传感器端部分和观察端部分(32)之间的端口(40)，端口(40)与通道(35)处于流体连通，其中，摄像头(10)操作性地设置在通道(35)的外部和端口(40)的外部；
将(周围)空气从外壳(30)的外部吸到外壳(30)中的端口(40)中，将空气从端口传送通过通道，并且将空气传送经过刚性管道镜(20)的伸长壳的外表面，将空气从通道传送经过透镜，并且传送出外壳(30)的观察端部分(32)中的孔，并且传送到高温炉中，其中，当从端口传送到高温炉时，空气不传送经过摄像头；以及
通过下者来测量温度信息：
将刚性管道镜(20)观察到的多个实像引导到摄像头；
捕捉对应于多个实像的多个图像，其中，多个图像中的各个图像包括像素数据；以及
处理像素数据，以获得多个图像中的各个的温度信息。
方面37. 方面36的方法，其中，透镜由选自下者的材料制成：蓝宝石、石英和氟化钙。
方面38. 方面36或方面37的方法进一步包括：
用电池(60)对摄像头(10)提供电功率。
方面39. 方面37的方法进一步包括：
用太阳能电池板(65)对电池(60)提供电功率。
方面40. 方面36至39中的任一方面的方法进一步包括：
无线地将像素数据传输到计算机。
方面41. 方面36至40中的任一方面的方法进一步包括：
获取可与刚性管道镜(20)的观察端(22)的温度有关的测量值；以及
响应于可与刚性管道镜(20)的观察端(22)的温度有关的测量值，而调节通过通道的空气的流率。
方面42. 方面36至41中的任一方面的方法，其中，将周围空气吸到端口(40)中，其中，周围空气是在炉的附近和外部以及在在外壳(30)的附近和外部的未封闭空间中的空气，周围空气具有压力；以及
其中，炉至少在外壳(30)的观察端部分(32)附近，在小于炉外部和外壳(30)外部的周围空气的压力的压力下运行。
附图说明
图1是用于通过炉壁中的开口对高温炉的内部空间进行热成像的设备的示意图。
图2是用于通过炉壁中的第二开口对高温炉的内部空间进行热成像的设备的示意图，其中，设备的子组件已经重新部署到第二开口。
具体实施方式
随后的详细描述仅仅提供优选的示例性实施例，而不意于限制本发明的范围、适应性或构造。相反，优选的示例性实施例的随后的详细描述将对本领域技术人员提供能够实施的描述，以实现本发明的优选示例性实施例，要理解的是，可对元件的功能和布置作出各种改变，而不偏离由权利要求限定的本发明的范围。
如本文所用，当应用于说明书和权利要求中描述的本发明的实施例中的任何特征时，冠词“一”和“一种”表示一个或多个。使用“一”和“一种”不会将含义局限于单个特征，除非特别陈述了这种限制。在单数或复数名词或名词短语前面的定冠词“该”表示特别规定的特征或特别规定的多个特征，而且取决于使用它的语境，可具有单数或复数涵义。
形容词“任何”表示一个、一些或全部，而不管是什么数量。
置于第一实体和第二实体之间的用语“和/或”包括下者中的任一个：(1)仅仅第一实体，(2)仅仅第二实体，以及(3)第一实体和第二实体。置于总共3个或更多个的列表中的最后两个之间的用语“和/或”表示列表中的至少一个实体，包括此列表中的任何特定实体组合。例如，“A、B和/或C”具有与“A和/或B和/或C”相同的意思，并且包括A、B和C的以下组合：(1)仅仅A，(2)仅仅B，(3)仅仅C，(4)A和B，没有C，(5)A和C，没有B，(6)B和C，没有A，以及(7)A和B和C。
在特征或实体的列表后面的短语“中的至少一个”表示实体列中的一个或多个特征或实体，但不必包括实体列表内特别列出的各个和每个实体中的至少一个，并且不排除实体列表中的任何实体组合。例如，“A、B或C中的至少一个”(或者同样地，“A、B和C中的至少一个”，或者同样地，“A、B和/或C中的至少一个”)具有与“A和/或B和/或C”相同的意思，并且包括A、B和C的以下组合：(1)仅仅A，(2)仅仅B，(3)仅仅C，(4)A和B，没有C，(5)A和C，没有B，(6)B和C，没有A，以及(7)A和B和C。
用语“多个”表示“两个或超过两个”。
短语“至少一部分”表示“一部分或全部”。
参照附图来描述本发明，其中相同参考标号在图中表示相同元件。
本发明涉及一种用于对高温炉的内部空间100进行热成像的设备，其中通过炉的壁110中的开口获取热图像，例如通过视口。
设备包括摄像头10，摄像头10包括光学传感器。可使用适合获取热图像的任何摄像头。摄像头可为消费者级或工业级/科学级摄像头。适当的消费者级摄像头包括例如尼康F mount摄像头和索尼E mount摄像头，其具有用于对应的管道镜安装类型的转换适配器。适当的工业级/科学级摄像头包括例如Andor Technology、Basler、JAI等。如果使用消费者级摄像头，则可使用RAW格式输出来关联信号数与测量到的辐射强度。RAW格式图像提供高动态范围，以实现较宽的温度测量范围，以及提供信号数和目标温度之间的更可靠的相互关联。
设备可包括操作性地设置在摄像头的光学传感器和刚性管道镜的观察端之间的一个或一组波长过滤器。一个或多个过滤器可置于光学路径中的任何地方，例如，在管道镜内。为了对诸如重整炉管和耐火材料的表面进行热成像，普遍的高温测定波长可为接近0.9µm、1.6µm和3.9µm的窄带。与摄像头光学传感器芯片光谱响应结合，可选择长通光学过滤器或带通光学过滤器来实现上面提到的波长范围。波长过滤器用来避免炉中的气体种的吸收和放射频带，因此信号可与表面温度有关，而只需要较少校正或不需要校正。
设备包括刚性管道镜20。刚性管道镜20包括伸长壳，伸长壳具有观察端22和传感器端24。刚性管道镜20包括在伸长壳内的多元件中继透镜组件，其具有用于将刚性管道镜20观察到的实像引导到摄像头10的至少两个光学零件。
刚性管道镜20的观察端22包括透镜。在刚性管道镜20的观察端22处的透镜可由适合高温运行的任何透镜材料构建而成，例如，选自下者的材料：蓝宝石、石英和氟化钙。刚性管道镜20的传感器端24操作性地连接到摄像头10上。
刚性管道镜20的长度可大于大约0.3 m，使得摄像头和其它电子器件可位于远离高温炉的合意距离处。刚性管道镜20的最大长度可为任何实际长度和/或合乎需要的长度，例如，1 m。
刚性管道镜20的伸长壳可在观察端22处渐缩。在观察端22处渐缩的伸长壳帮助减少从高温炉到伸长壳的观察端22的辐射热传递。
管道镜在本领域中是已知的。可使用任何适当的管道镜，例如，来自Marshall电子公司的V-PL OL系列的高温透镜。这种管道镜能够持续地经受住透镜处的370℃和管道镜的本体中的200℃的温度。
设备包括外壳30，外壳30在其中限定内部空间。内部空间容纳刚性管道镜20的至少一部分。外壳30和刚性管道镜20的至少一部分在外壳30和刚性管道镜20的至少一部分之间限定通道35。外壳30具有传感器端部分34和观察端部分32。传感器端部分34对应于刚性管道镜20的传感器端24，并且观察端部分32对应于刚性管道镜20的观察端22。
外壳30的观察端部分32限定与通道35处于流体连通的孔25。孔25协作地布置成容许实像传送到管道镜20的观察端22。透镜刚性管道镜操作性地设置在外壳30的内部空间内，即，从孔25凹陷。具有透镜的刚性管道镜20的观察端22从外壳30中的孔25凹陷，以减少辐射热传递到刚性管道镜20的端部。在运行中，孔25在通道35和高温炉的内部空间100之间提供流体连通。
孔25在大小上设置成限制管道镜透镜由于来自炉的辐射而被加热，同时提高来自吸入空气的冷却(在下面论述)。通道35的横截面流动面积可大于孔25的横截面流动面积，以改进外壳30的观察端部分32的冷却，因为空气流过孔25的速度提高。
外壳30具有操作性地设置在外壳30的传感器端部分34和外壳30的观察端部分32之间的端口40。端口40与通道35处于流体连通。端口40在外壳30外部的环境和通道35之间提供流体连通。
设备意于在负压下运行的炉上使用，诸如蒸汽-烃重整炉。
端口40设计成容许通过通道35将周围空气从外壳30外部吸到端口40中，并且通过孔25吸到炉的内部空间100中。通过通道35吸入的周围空气起冷却刚性管道镜20的作用。通过通道35吸入的周围空气还用来冷却管道镜的观察端处的透镜，以及外壳30的冷却观察端部分32。为了帮助冷却，刚性管道镜20、刚性管道镜20的伸长壳的外表面可具有加强热传递表面几何构造。外表面可具有用以在通道35中实现漩涡流的几何构造。
使用吸入空气提供了不需要用于压缩空气或冷却水的外部冷却管线的好处。
可用流调整器45调整通过端口40吸入的空气的流量。流调整器45可为任何可调节的流限制器，它将容许调整通过端口40吸入的空气的流量。流调整器45可如显示的那样位于端口40中或者位于通道35中(未显示)。
设备可包括：温度传感器(未显示)，例如热电偶，其构造成获取可与刚性管道镜20的观察端22的温度有关的测量值，并且响应于测量值而产生电子信号；以及具有显示器的计量器(未显示)，其操作性地连接到温度传感器上，以接收电子信号，并且响应于电子信号而展示温度值。温度传感器探头可在观察端部分32处固定在外壳30中，接线在朝向外壳30的传感器端部分34的连接器中终止。连接器可在壳的外部，适合与计量器连接。计量器可为便携式的。
使用温度传感器和计量器，可调节通过端口40吸入的空气的流量，以提供期望量的冷却，同时最大程度地减少多余的吸入空气流。吸到高温炉中的空气将降低炉效率，所以为了冷却管道镜和透镜，合乎需要的是提供足够的吸入空气流，而没有多余的流。
在其中设备包括位于通道35(未显示)或端口40和温度传感器中的流调整器45的实施例中，设备可进一步包括电子控制器，控制器操作性地连接到温度传感器和流调整器45上，以借助于流调整器45且响应于接收自温度传感器的电子信号来控制通过端口40吸入的空气的流率。如果借助于温度传感器确定观察端22的温度高于预定最大阈值，则控制器可控制流调整器45，以允许提高通过通道35吸入的空气的流率。如果借助于温度传感器确定观察端22的温度低于预定最小阈值，则控制器可控制流调整器，以允许降低通过通道35吸入的空气的流率。
摄像头10操作性地设置在通道35的外部和端口40的外部。外壳30中的端口40、通道35和外壳30的观察端22中的孔25相对于摄像头10布置，使得传送通过端口40到达孔25进入到炉的内部空间100中的流体不传送经过摄像头10。摄像头10与传送通过端口40到达炉的内部空间100的整体吸入空气流隔离开。将摄像头10定位在其中从端口40吸到炉的内部空间100的周围空气不传送经过摄像头10的位置上具有特定优点。如上面陈述的那样，设备意于用于在负压下运行的高温炉。虽然高温炉可设计成在负压下运行，但炉压力也可能意外变成正的。在这种情况下，来自高温炉的内部空间100的炉气体将传送通过孔25，进入到通道35中且离开端口40，即，逆流状况。刚性管道镜20在高温下可忍耐较短的持续时间。所述摄像头10则不行。在摄像头10位于通道35或端口40中的情况下，高温炉气体很可能会损害摄像头10。
设备包括分隔部件50，其操作性地设置成阻碍通道35和摄像头10之间的流体连通，以隔离摄像头10与通道35，特别是在通道35中有逆流状况的期间。分隔部件50阻挡从通道35到摄像头的流。
分隔部件50可如图1中显示的那样设置在外壳30的内部。分隔部件50可与外壳30或诸如套管的单独零件成一体。分隔部件可包括密封件，其中密封件与刚性管道镜20的伸长壳匹配，并且在通道35和摄像头10之间提供不透流体的隔离。
设备可包括操作性地连接到外壳30的传感器端部分34上的容器90。容器90可容纳摄像头10和下面描述的其它电子器件。容器90可为防风雨容器。容器90可具有用于将容器连接到外壳30上的配合部件95。配合部件95和外壳30的传感器端部分34可各自在凸缘中终止。
分隔部件50可设置在容器90的内部。分隔部件50可设置在容器90的配合部件95中。
设备可包括用于将容器90连接到外壳30的传感器端34上的连接器98。连接器98可为任何已知的快速脱开联接件。分隔部件50可设置在连接器98中。
分隔部件50可包括止回阀(未显示)。止回阀也被称为逆止阀、止逆阀和单向阀。止回阀允许气体仅沿一个方向流动。可使用任何适当的止回阀。止回阀可构造成当炉在负压下运行时，在正常流状况期间允许吹扫空气流传送经过摄像头和容器90中的其它电子器件，并且进入到通道35中。可能想要吹扫空气流防止可燃气体在容器90中积聚。在炉正压引起逆流的情况下，所有炉气体都被引导通过端口40，因为止回阀防止炉气体接触摄像头10和其它电子器件。
设备可包括电池60，其操作性地连接到摄像头10上，以对摄像头10提供功率。电池60可与摄像头10成一体。电池60可与摄像头10分开。电池可容纳在容器90内。
设备可包括操作性地连接到电池60上的太阳能电池板65。太阳能电池板65可设置在容器90的外部，以接收光能，光能转换成电。太阳能电池板65可用来给电池60充电。
作为太阳能电池板65的备选方案或者补充方案，可使用热电功率发生器，因为可轻易地获得来自高温炉的热能。
设备可包括无线发射器70，其操作性地连接到摄像头10上，以将图像从摄像头10传输到计算机(未显示)。无线发射器70可容纳在容器90中。无线发射器70可使用任何已知的无线传输协议来进行传输，例如蓝牙、Wi-Fi、蜂窝网络等等。无线发射器70可由电池60提供功率。使用无线发射器70与电池可提供不需要外部配线的好处。
设备可包括控制器75。控制器75可为计算机。控制器可为平板型计算机，诸如iPad®、微软Surface Pro™等等。控制器75可容纳在容器90中。
设备可包括记忆体储存器，其操作性地连接到摄像头上，以存储摄像头获得的图像。记忆体储存器可与摄像头成一体。记忆体储存器可与控制器75成一体。记忆体储存器可容纳在容器90中。记忆体储存器可为SD卡、USB驱动器，或者本领域已知的任何已知的记忆体储存器。
来自获取图像的数据可使用记忆体储存器在本地存储在热成像系统处，供操作者在需要时取回。备选地或另外，数据可无线地传送到远离视口的接收器，供操作者审阅。
可选择系统的电子构件来限定系统的功率消耗。大体上，电子系统可设计上成实现低功率消耗，例如在运行模式中是几瓦，并且在待机或睡眠模式中是大约1 W)，使得电池和本地功率生产足以对热成像系统提供功率。理想地，太阳能电池板和/或热电学和电池可对系统提供功率，而不需要用外部源充电。摄像头10和控制器75可构造成间歇地“舒醒”，以获取图像和过程数据。
可选择系统的电子构件使其符合第I类第2章节。这可通过例如使用气密密封或防爆封罩或者满足ISA-RP 12.12.03的PEP-1或PEP-2要求来实现。
设备可进一步包括耐火块80，其中，耐火块限定通过其中的腔体。外壳30的观察端部分32的至少一部分可设置在耐火块80的腔体内。耐火块80协作地布置成容许实像传送到刚性管道镜20的观察端22。耐火块80可由任何适当的耐火材料制成，例如，氧化铝、硅石和氧化镁。耐火块80可附连到外壳30上。
炉的壁110中的开口还可用作视口。设备可进一步包括视口门板82。外壳30可附连(例如焊接)到视口门板82上，其中，外壳30穿过视口门板82。视口门板82可设置在端口40和外壳30的观察端部分32之间。外壳30可用回旋连接器附连到视口门板82上。回旋连接器将容许外壳30相对于视口门板82移动，并且相应地允许刚性管道镜20相对于视口门板82移动。使用回旋连接器将容许刚性管道镜20看到炉中的不同区域。耐火块80可附连到视口门板82上。
作为用于观察炉中的不同区域的回旋连接器的备选方案，设备可包括第二摄像头(未显示)，它包括光学传感器，并且设备可包括第二刚性管道镜(未显示)。第二刚性管道镜可包括：伸长壳，其具有观察端和传感器端；以及在伸长壳内的多元件中继透镜组件，其具有用于将第二刚性管道镜观察到的实像引导到第二摄像头的至少两个光学零件。刚性管道镜的观察端(如果存在的话)包括透镜。第二刚性管道镜的传感器端(如果存在的话)操作性地连接到第二摄像头(如果存在的话)上。外壳30的内部空间可容纳第二刚性管道镜的至少一部分。外壳30的观察端部分32可限定与通道35处于流体连通的第二孔(未显示)，第二孔协作地布置成容许第二实像传送到第二刚性管道镜的观察端。第二摄像头可设置在容器90中。
设备可包括附连到视口门板82和高温炉的外壁86上的铰接件84。铰接件容许通过打开视口门板82来从炉壁110中的开口轻易地移除外壳30的观察端部分32。
摄像头10和刚性管道镜20可作为子组件共同从外壳30移除。子组件可包括下者中的一个或多个：容器90、电池60、太阳能电池板65、无线发射器70和记忆体储存器。这提供可将子组件轻易地重新部署在不同的视口处的好处，不同的视口如图2中显示的那样适当地构造而成。
子组件可安装在第二外壳130中，第二外壳130具有传感器端部分134和观察端部分132，并且在第二外壳130内限定内部空间。
当子组件从任何外壳(30，130)移除时，外壳的传感器端部分(34，134)可被盖住。
当子组件安装在第二外壳130中时，第二外壳130的内部空间容纳刚性管道镜20的至少一部分。第二外壳130和刚性管道镜20的至少一部分在它们之间限定通道135。第二外壳130的传感器端部分134对应于刚性管道镜20的传感器端24。第二外壳130的观察端部分132对应于管道镜20的观察端22。第二外壳130的观察端部分132限定与第二外壳130中的通道135处于流体连通的孔125。孔125协作地布置成容许实像传送到管道镜20的观察端22。第二外壳130具有操作性地设置在传感器端部分134和第二外壳130的观察端部分132之间的端口140。第二外壳130的端口140与第二外壳130中的通道135处于流体连通。摄像头10操作性地设置在第二外壳130的通道135的外部和第二外壳130的端口140的外部。
第二外壳130可附连到第二视口门板182上，其中，第二外壳130穿过第二视口门板182。第二视口门板182可设置在第二外壳130的端口140和第二外壳130的观察端部分132之间。第二耐火块180可附连到第二视口门板182上，其中，第二耐火块180限定通过其中的腔体。第二外壳130的观察端部分132的至少一部分可设置在第二耐火块180的腔体内，其中，第二耐火块180协作地布置成容许实像传送到刚性管道镜20的观察端22。
本发明还涉及一种用于获得高温炉中的热图像的方法，其中在延长时段里获得测量。
方法包括将上面描述的有或没有任何可选特征的设备安装在高温炉上。
方法包括将(周围)空气从外壳30的外部吸到外壳30中的端口40中，将空气从端口40传送通过通道35，并且将空气传送经过刚性管道镜20的伸长壳的外表面，将空气从通道35传送经过透镜，并且传送出外壳30的观察端部分32中的孔25，并且传送到高温炉中。由于设备的结构的原因，当从端口40传送到内部空间100中到达高温炉时，空气不传送经过摄像头10。
周围空气是在炉的附近和外部以及在外壳30的附近和外部的未封闭空间中的空气。用语“未封闭空间”表示对其中安装了炉的位点处的外部环境开放或者与其处于流连通的空间。这个外部环境可特别地构成未封闭空间。周围空气具有压力。炉至少在外壳30的观察端部分32附近，在负压下运行，即，在小于炉和外壳30外部的周围空气的压力的压力下运行。
方法包括通过下者来测量温度信息：将刚性管道镜20观察到的多个实像引导到摄像头10；捕捉对应于多个实像的多个图像，其中，多个图像中的各个图像包括像素数据；以及处理像素数据，以获得多个图像中的各个的温度信息。
方法可进一步包括用电池60对摄像头10提供电功率。
方法可进一步包括用太阳能电池板65对电池60提供电功率。
方法可进一步包括无线地将像素数据传输到计算机。
方法可进一步包括将吹扫空气流引入到容器90中，传送吹扫空气流通过分隔部件50中的止回阀且进入到通道35中，并且从通道35通过孔25且进入到炉的内部空间100中。
方法可进一步包括获取可与刚性管道镜20的观察端22的温度有关的测量值，以及响应于可与刚性管道镜20的观察端22的温度有关的测量值，而调节通过通道的空气流率。
示例
根据本发明的热成像组件构建和部署成获取蒸汽-烃重整炉中的热图像，蒸汽-烃重整炉容纳多个含有催化剂的重整炉管，以在延长时段里监测管的温度。
刚性管道镜是Marshall电子公司的V-PL-HITEMP-452。摄像头是消费者级别的尼康D600摄像头，通过移除光学传感器芯片的顶部上的内部IR阻挡过滤器对该摄像头进行修改。使用Marshall电子公司制造的转接器联接管道镜和摄像头，转接器将管道镜上的CS安装件连接到尼康摄像头的F安装件上。添加了780nm长通过滤器，以阻挡辐射的可视端。
管道镜的壳和外壳之间的通道具有大约15 cm2的横截面积。外壳的端部处的孔具有大约20 cm2的面积。外壳中的端口具有大约3 cm2的横截面积。
炉在大约-1英寸水柱的负压条件(101.076 kPa)下运行。
周围空气通过端口吸入，通过外壳且进入到重整炉中。由于被动的周围空气冷却设计，测量到管道镜的端部处的透镜的温度在正常运行条件下为大约149℃。
使用外部电池组来容许在几个月的时期里获取许许多多图像。使用定时间隔拍摄模式获取图像，其中在1小时至6小时的时间间隔范围中获取图像。
将原始图像存储在SD卡中。
热成像组件在不同的炉运行条件下随着时间的推移提供了一定范围的重整炉管细微温度变化。结合管温度信息与其它装置过程运行可变信息，以推断出重整炉管中的以别的方式不可测量的反应条件。

Claims (20)

1.一种用于通过高温炉的壁中的开口对所述高温炉的内部空间进行热成像的设备，所述设备包括：
摄像头，其包括光学传感器；
刚性管道镜，其包括：伸长壳，其具有观察端和传感器端；以及在所述伸长壳内的多元件中继透镜组件，其具有用于将所述刚性管道镜观察到的实像引导到所述摄像头的至少两个光学零件，所述观察端包括透镜，所述刚性管道镜的所述传感器端操作性地连接到所述摄像头上；
外壳，其具有传感器端部分和观察端部分，并且在所述外壳内限定内部空间，所述内部空间容纳所述刚性管道镜的至少一部分，所述外壳和所述刚性管道镜的所述至少一部分在它们之间限定通道，所述外壳的所述传感器端部分对应于所述刚性管道镜的所述传感器端，所述外壳的所述观察端部分对应于所述管道镜的所述观察端，所述观察端部分限定与所述通道处于流体连通的孔，所述孔协作地布置成容许所述实像传送到所述刚性管道镜的所述观察端，所述外壳具有操作性地设置在所述传感器端部分和所述观察端部分之间的端口，所述端口与所述通道处于流体连通，其中，所述摄像头操作性地设置在所述通道的外部和所述端口的外部；以及
分隔部件，其操作性地设置成阻碍所述通道和所述摄像头之间的流体连通。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述透镜由选自蓝宝石、石英和氟化钙的材料制成。
3.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述分隔部件设置在所述外壳的内部。
4.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述设备进一步包括：
操作性地连接到所述外壳的所述传感器端部分上的容器，其中，所述容器容纳所述摄像头；以及
电池，其操作性地连接到所述摄像头上，以对所述摄像头提供功率，其中，所述容器容纳所述电池。
5.根据权利要求4所述的设备，其特征在于，所述设备进一步包括操作性地连接到所述电池上的太阳能电池板，所述太阳能电池板设置在所述容器的外部。
6.根据权利要求4所述的设备，其特征在于，所述设备进一步包括操作性地连接到所述摄像头上的控制器，其中，所述容器容纳所述控制器。
7.根据权利要求4所述的设备，其特征在于，所述设备进一步包括无线发射器，其操作性地连接到所述摄像头上，以将图像从所述摄像头传输到计算机，其中，所述容器容纳所述无线发射器。
8.根据权利要求4所述的设备，其特征在于，所述设备进一步包括记忆体储存器，其操作性地连接到所述摄像头上，以存储所述摄像头获得的图像，其中，所述记忆体储存器容纳在所述容器中。
9.根据权利要求4所述的设备，其特征在于，所述分隔部件设置在所述容器的内部。
10.根据权利要求4所述的设备，其特征在于，所述设备进一步包括连接器，所述连接器将所述容器连接到所述外壳上。
11.根据权利要求10所述的设备，其特征在于，所述分隔部件设置在所述连接器中。
12.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述刚性管道镜的所述伸长壳在所述观察端处渐缩，并且在所述透镜处终止。
13.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述设备进一步包括：
耐火块，所述耐火块限定通过其中的腔体，其中，所述外壳的所述观察端部分的至少一部分设置在所述耐火块的所述腔体内，所述耐火块协作地布置成容许所述实像传送到所述刚性管道镜的所述观察端；以及
视口门板，其中，所述外壳附连到所述视口门板上，其中，所述外壳穿过所述视口门板，其中，所述视口门板设置在所述端口和所述外壳的所述观察端部分之间，以及其中，所述耐火块附连到所述视口门板上。
14.根据权利要求13所述的设备，其特征在于，所述摄像头和所述刚性管道镜可作为子组件从所述外壳移除；
其中，所述子组件可安装在第二外壳中，所述第二外壳具有传感器端部分和观察端部分，并且在所述第二外壳内限定内部空间，
其中，当所述子组件安装在所述第二外壳中时，所述第二外壳的所述内部空间容纳所述刚性管道镜的至少一部分，所述第二外壳和所述刚性管道镜的所述至少一部分在它们之间限定通道，所述第二外壳的所述传感器端部分对应于所述刚性管道镜的所述传感器端，所述第二外壳的所述观察端部分对应于所述管道镜的所述观察端，所述第二外壳的所述观察端部分限定与所述第二外壳的所述通道处于流体连通的孔，其中，所述孔协作地布置成容许所述实像传送到所述管道镜的所述观察端，所述第二外壳具有端口，所述端口操作性地设置地所述传感器端部分和所述第二外壳的所述观察端部分之间，其中，所述第二外壳的所述端口与所述第二外壳中的所述通道处于流体连通，并且所述摄像头操作性地设置在所述第二外壳的所述通道的外部和所述第二外壳的所述端口的外部；以及
其中所述第二外壳附连到第二视口门板上，其中，所述第二外壳穿过所述第二视口门板，其中，所述第二视口门板设置在所述第二外壳的所述端口和所述第二外壳的所述观察端部分之间，以及其中，第二耐火块附连到所述第二视口门板上，其中，所述第二耐火块限定通过其中的腔体，其中，所述第二外壳的所述观察端部分的至少一部分设置在所述第二耐火块的所述腔体内，其中，所述第二耐火块协作地布置成容许所述实像传送到所述刚性管道镜的所述观察端。
15.根据权利要求14所述的设备，其特征在于，所述子组件进一步包括：
容器，其操作性地连接到所述外壳的所述传感器端部分上，其中，所述容器容纳所述摄像头；
电池，其操作性地连接到所述摄像头上，以对所述摄像头提供功率，其中，所述容器容纳所述电池；
操作性地连接到所述电池上的太阳能电池板，所述太阳能电池板设置在所述容器的外部；
无线发射器，其操作性地连接到所述摄像头上，以将图像从所述摄像头传输到计算机，其中，所述容器容纳所述无线发射器；以及
操作性地连接到所述摄像头上的控制器，其中，所述容器容纳所述控制器。
16.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述设备进一步包括：
流调整器，其操作性地设置成调整通过所述外壳的所述端口的流体流。
17.根据权利要求16所述的设备，其特征在于，所述设备进一步包括：
温度传感器，其构造成获取可与所述刚性管道镜的所述观察端的温度有关的测量值且响应于所述测量值而产生电子信号；以及下者中的至少一个
(i)具有显示器的计量器，其操作性地连接到所述温度传感器上，以接收所述电子信号，并且响应于所述电子信号而展示温度值；以及
(ii)电子控制器，其操作性地连接到所述温度传感器和所述流调整器上，并且构造成响应于来自所述温度传感器的所述电子信号而控制所述流调整器，以调整通过所述端口的流体流。
18.一种用于在延长时段里获得高温炉中的热图像的方法，所述方法包括：
在所述高温炉上安装用于进行热成像的组件，所述用于进行热成像的组件包括
摄像头，其包括光学传感器；
刚性管道镜，其包括：伸长壳，其具有观察端和传感器端；以及在所述伸长壳内的多元件中继透镜组件，其具有用于将所述刚性管道镜观察到的实像引导到所述摄像头的至少两个光学零件，所述观察端包括透镜，所述管道镜的所述传感器端操作性地连接到所述摄像头上；
外壳，其具有传感器端部分和观察端部分，并且在所述外壳内限定内部空间，所述内部空间容纳所述刚性管道镜的至少一部分，所述外壳和所述刚性管道镜的所述至少一部分在它们之间限定通道，所述外壳的所述传感器端部分对应于所述刚性管道镜的所述传感器端，所述外壳的所述观察端部分对应于所述刚性管道镜的所述观察端，所述观察端部分限定与所述通道处于流体连通的孔，所述孔协作地布置成容许所述实像传送到所述管道镜的所述观察端，所述外壳具有操作性地设置在所述传感器端部分和所述观察端部分之间的端口，所述端口与所述通道处于流体连通，其中，所述摄像头操作性地设置在所述通道的外部和所述端口的外部；
将空气从所述外壳的外部吸到所述外壳中的所述端口中，将所述空气从所述端口传送通过所述通道，并且将所述空气传送经过所述刚性管道镜的所述伸长壳的外表面，将所述空气从所述通道传送经过所述透镜，并且传送出所述外壳的所述观察端部分中的所述孔，并且传送到所述高温炉中，其中，当从所述端口传送到所述高温炉时，所述空气不传送经过所述摄像头；以及
通过下者测量温度信息：
将所述刚性管道镜观察到的多个实像引导到所述摄像头；
捕捉对应于所述多个实像的多个图像，其中，所述多个图像中的各个图像包括像素数据；以及
处理所述像素数据，以获得所述多个图像中的各个的温度信息。
19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括：
获取可与所述刚性管道镜的所述观察端的温度有关的测量值；以及
响应于可与所述刚性管道镜的所述观察端的所述温度有关的所述测量值，而调节通过所述通道的空气的流率。
20.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，将周围空气吸到所述端口中，其中，所述周围空气是在所述炉的附近和外部以及在所述外壳的附近和外部的未封闭空间中的空气，所述周围空气具有压力；以及
其中，所述炉至少在所述外壳的所述观察端部分附近，在小于所述炉和所述外壳外部的所述周围空气的压力的压力下运行。
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