CN107940500A - 一种基于光电二极管的火焰检测装置 - Google Patents

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李苗苗
王雷
张育超
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    • F23M11/00—Safety arrangements
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Abstract

本发明涉及一种基于光电二极管的火焰检测装置，主体包含有火焰检测头、数据采集卡、计算处理机构，火焰检测头内含有防爆玻璃防尘罩、能将发散光束折射变换成平行光束的平凸状准直透镜、能将平行光束聚焦变换成与光电二极管的光接收点尺寸相符的聚焦光斑的非球面双凸聚焦透镜、光电二极管及金属壳体。由于壳体的直径较大，形成的光源光束也较大，平凸状准直透镜及非球面双凸聚焦透镜表面上均镀有对紫外光波段有很强穿过率的紫外增透膜，防尘罩能确保光束在壳体腔内无干扰地穿透传播，聚焦生成的光斑与光电二极管的受光点尺寸大小相符，故能确保光束能量的充分利用，有利于提高检测火焰的灵敏度、检测装置的工作稳定性和可靠工作寿命。

Description

一种基于光电二极管的火焰检测装置
技术领域
本发明涉及数据自动检测技术领域，特别是一种适用于锅炉燃烧工况自动监察系统的基于光电二极管的火焰检测装置。
背景技术
当锅炉燃烧不稳或操作不当时，均会引起部分或全部煤粉燃烧器熄灭，在此情况下如果继续向燃烧器提供煤粉，则会因煤粉在炉膛内的堆积而引发爆燃现象，这不仅会降低锅炉热效率、加重环境污染，而且还会严重威胁锅炉炉膛设备的运行安全和使用寿命。为此，必须对炉膛内的火焰进行切实有效的监察，以确保锅炉的正常运行和防止锅炉爆燃现象的发生。目前流行的火焰检测器中，较为行之有效、且使用最广泛的是以光导纤维作为导光元件、用探头接收火焰发出的辐射、利用辐射光能原理的紫外光火焰检测器，其优点是结构简单、报警灵敏度高，其缺点是：1，在探测距离较远、锅炉处于低负荷运行时的火焰较微弱状态、或火焰燃烧不够充分时致使紫外线强度较弱的情况下时，很难较准确地识别是否有火焰，容易产生错误的触发信号、导致检测器的报警继电器发生误动作，影响工作稳定性和可靠性；2，由于紫外线辐射能量容易会被工作环境中的油雾、水蒸汽、煤尘及燃烧副产品等吸收，致使降低工作灵敏度；3，由于采用光导纤维作为光传输部件，而光纤的韧性较差、且不耐高温，尤其是在光纤端面有污染情况时，均会严重影响光束的正常工作，最终导致影响炉膛安全监视系统的工作稳定性和安全可靠性。所以，从实用性和经济性角度考虑，均欠理想。
发明内容
本发明的目的是要克服现有紫外光火焰检测器所存在的不足，提供一种便于直接将火焰燃烧中的紫外光部分折射到光敏元件上，有利于提高火焰检测器的工作灵敏度、稳定性和能确保炉膛安全监视系统工作可靠性的基于光电二极管的火焰检测装置。
本发明的基于光电二极管的火焰检测装置主体包含有火焰检测头、数据采集卡、计算处理机构和系统工作电源，特征在于所述的火焰检测头包含有防尘罩、平凸状准直透镜、非球面双凸聚焦透镜、光敏元件、壳体及电缆连接线，其中：所述的防尘罩具有防止周围环境尘埃进入管壳体腔内的功能，由防爆玻璃板充任；所述的平凸状准直透镜具有将采集到的发散光束折射变换成平行光束的功能，由扁平圆柱A和表面上镀有紫外增透膜的外凸状弧形面A构成；所述的非球面双凸聚焦透镜具有将平行光束收敛、聚焦变换成与光电二极管受光点尺寸相符的光斑的功能，由中间扁平圆柱B 和位于中间扁平圆柱B 两端、表面上镀有紫外增透膜的外凸状弧形面B构成；所述的光敏元件由光电二极管充任；所述的壳体由直径较大、其内径与所述的防尘罩、平凸状准直透镜、非球面双凸聚焦透镜的外径装配相符的金属管充任。
在装配状态下，所述的防尘罩由罩环限位、固定安装设置在壳体的顶端部上，所述的平凸状准直透镜、非球面双凸聚焦透镜、光敏元件、依次固定限位设置在壳体腔内。
工作时，所述的火焰检测头固定设置在燃烧器的侧旁，其壳体的顶端对准燃烧器的火焰，来自火焰的发散状光束透过防尘罩后照射在平凸状准直透镜的扁平圆柱A端面上，然后经所述的外凸状弧形面A折射变换成平行光束；此平行光束之后照射在所述的非球面双凸聚焦透镜的一个外凸状弧形面B上、经折射后生成收敛状光束，再透射穿越所述的中间扁平圆柱B 后由另一个外凸状弧形面B折射、聚焦生成与光电二极管的受光点尺寸大小相符的聚焦光斑，经光电二极管转换成电信号后由电缆连接线传输至数据采集卡，转换成数字信号后再传送到计算处理机构分折处理、给示出火焰的即时检测信息，由于平凸状准直透镜和非球面双凸聚焦透镜的外凸状弧形面上均镀有对紫外光波段有很强穿过率的紫外增透膜，防尘罩能确保光束在壳体腔内无干扰地穿透传播，聚焦生成的光斑与光电二极管的受光点尺寸大小相符，故能确保光束能量的充分利用，有利于确保检测火焰的灵敏度、检测装置的工作稳定性和可靠工作寿命。
基于上述构思的本发明基于光电二极管的火焰检测装置，由于壳体的直径较大，因而采光面积也较大，从而形成的光源光束也较大、能量较足；且由于壳体顶端部上固定设置有防尘罩，能确避免进入壳体腔的光束发生干扰性能量衰减；还由于用平凸状准直透镜加上非球面双凸聚焦透镜作为暨具有采光、处理和传递光束、能取代传统光纤功能的构件，不仅克服了传统火焰检测器所存在的由光纤带来的影响工作稳定性和可靠性的不足，而且还带来了能使进入的原始发散光束先转换成平行光束、再经非球面双凸聚焦透镜先收敛再聚焦的处理，最后汇集成能与光电二极管的光接收点尺寸相符的聚焦光斑，既能确保光束在金属管壳体腔内无阻穿越传递过程中不会造成光能损耗，有利于提高光束的利用率、确保较高的火焰检测灵敏度和工作可靠稳定的积极技术效果，此外，还由于采用了光电二极管充任传统的光敏元件，有利于简化电路结构，提高工作可靠性。所以，本发明的技术方案有效克服了传统火焰检测装置所存在的诸多不足，带来了工作稳定、可靠且灵敏度高的优点，是传统火焰检测装置的一大创新，具有很强的实用性和可贵的市场应用前景。
附图说明
图1是本发明实施例的基本结构示意图；
图2是本发明实施例中火焰检测头的结构示意图；
图3是本发明实施例中平凸状准直透镜的结构及工作示意图；
图4是本发明实施例中非球面双凸聚焦透镜的结构及工作示意图；
图5是本发明实施例的应用状态示意图。
图中：
1.火焰检测头 11.防尘罩 12.平凸状准直透镜 121.扁平圆柱A
122.外凸状弧形面A 13.非球面双凸聚焦透镜 131.扁平圆柱B
132.外凸状弧形面B 14.光敏元件 15.壳体 16.电缆连接线
2.数据采集卡 3.计算处理机构 4.系统工作电源 5.燃烧器。
具体实施方式
下面结合附图和典型实施例对本发明作进一步说明。
在图1、图2、图3和图4中，本发明的基于光电二极管的火焰检测装置主体包含有火焰检测头1、数据采集卡2、计算处理机构3和系统工作电源4，特征在于所述的火焰检测头1包含有防尘罩11、平凸状准直透镜12、非球面双凸聚焦透镜13、光敏元件14、壳体15及电缆连接线16，其中：所述的防尘罩11具有防止周围环境尘埃进入管壳体腔内的功能，由防爆玻璃板充任；所述的平凸状准直透镜12具有将采集到的发散光束折射变换成平行光束的功能，由扁平圆柱A121和表面上镀有紫外增透膜的外凸状弧形面A122构成；所述的非球面双凸聚焦透镜13具有将平行光束收敛、聚焦变换成与光电二极管受光点尺寸相符光斑的功能，由中间扁平圆柱B 131和位于中间扁平圆柱B 131两端、表面上镀有紫外增透膜的外凸状弧形面B132构成；所述的光敏元件14由光电二极管充任；所述的壳体15由直径较大、其内径与所述的防尘罩11、平凸状准直透镜12、非球面双凸聚焦透镜13的外径装配相符的金属管充任。
在装配状态下，所述的防尘罩11由罩环限位、固定安装设置在壳体15的顶端部上，所述的平凸状准直透镜12、非球面双凸聚焦透镜13、光敏元件14、依次固定限位设置在金属管壳体15腔内。
在图1和图5中，工作时，所述的火焰检测头1固定设置在燃烧器5的侧旁，其金属管壳体15的顶端对准燃烧器5的火焰，来自火焰的发散状光束透过防尘罩11后照射在平凸状准直透镜12的扁平圆柱A 121端面上，然后经所述的外凸状弧形面A 122折射变换成平行光束；此平行光束之后照射在所述的非球面双凸聚焦透镜13的一个外凸状弧形面B 132上、经折射后生成收敛状光束，再透射穿越所述的中间扁平圆柱B 131后由另一个外凸状弧形面B132折射、聚焦生成与光电二极管的受光点尺寸大小相符的聚焦光斑，经光电二极管转换成电信号后由电缆连接线16传输至数据采集卡2，转换成数字信号后再传送到计算处理机构3分折处理、给示出火焰的即时检测信息，由于平凸状准直透镜12和非球面双凸聚焦透镜13的外凸状弧形面上均镀有对紫外光波段有很强穿过率的紫外增透膜，防尘罩11能确保光束在壳体腔内无干扰地穿透，聚焦生成的光斑与光电二极管的受光点尺寸大小相符，故能确保光束能量的充分利用，有利于确保检测火焰的灵敏度、检测装置的工作稳定性和可靠工作寿命。

Claims (1)

1.一种基于光电二极管的火焰检测装置，主体包含有火焰检测头（1）、数据采集卡（2）、计算处理机构（3）和系统工作电源（4），其特征在于所述的火焰检测头（1）包含有防尘罩（11）、平凸状准直透镜（12）、非球面双凸聚焦透镜（13）、光敏元件（14）、壳体（15）及电缆连接线（16），其中：
所述的防尘罩（11）具有防止周围环境尘埃进入壳体腔内的功能，由防爆玻璃板充任；
所述的平凸状准直透镜（12）具有将采集到的发散光束折射变换成平行光束的功能，由扁平圆柱A（121）和表面上镀有紫外增透膜的外凸状弧形面A（122）构成；
所述的非球面双凸聚焦透镜（13）具有将平行光束收敛、聚焦变换成与光电二极管受光点尺寸相符光斑的功能，由中间扁平圆柱B（131）和位于中间扁平圆柱B（131）两端、表面上镀有紫外增透膜的外凸状弧形面B（132）构成；
所述的光敏元件（14）由光电二极管充任；
所述的壳体（15）由直径较大、其内径与所述的防尘罩（11）、平凸状准直透镜（12）、非球面双凸聚焦透镜（13）的外径装配相符的金属管充任；
在装配状态下，所述的防尘罩（11）由罩环限位、固定安装设置在壳体（15）的顶端部上，所述的平凸状准直透镜（12）、非球面双凸聚焦透镜（13）、光敏元件（14）、依次固定限位设置在金属管壳体（15）腔内；
工作时，所述的火焰检测头（1）固定设置在燃烧器（5）的侧旁，其壳体（15）的顶端对准燃烧器（5）的火焰，来自火焰的发散状光束透过防尘罩（11）后照射在平凸状准直透镜（12）的扁平圆柱A（121）端面上，然后经所述的外凸状弧形面A（122）折射变换成平行光束；此平行光束之后照射在所述的非球面双凸聚焦透镜（13）的一个外凸状弧形面B（132）上、经折射后生成收敛状光束，再透射穿越所述的中间扁平圆柱B（131）后由另一个外凸状弧形面B（132）折射、聚焦生成与光电二极管的受光点尺寸大小相符的聚焦光斑，经光电二极管转换成电信号后由电缆连接线（16）传输至数据采集卡（2），转换成数字信号后再传送到计算处理机构（3）分折处理、给示出火焰的即时检测信息；由于平凸状准直透镜（12）和非球面双凸聚焦透镜（13）的外凸状弧形面上均镀有对紫外光波段有很强穿过率的紫外增透膜，防尘罩（11）能确保光束在壳体（5）腔内无干扰地穿透传播，聚焦生成的光斑与光电二极管的受光点尺寸大小相符，故能确保光束能量的充分利用，有利于确保检测火焰的灵敏度、检测装置的工作稳定性和可靠工作寿命。
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