CN109323767B - 一种利用辐射测量炉膛温度的系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用辐射测量炉膛温度的系统及方法，所述系统包括炉膛、辐射反射筒、信号接收装置及运算处理系统；辐射通过炉膛的出光口射出并由辐射反射筒接收，辐射反射筒接收的辐射一部分由内嵌的辐射处理组件中的反射镜进行反射，另一部分由辐射处理组件中的光电二极管接收，光电二极管得到的电信号传入采集卡，采集卡并将辐射数据传输至计算机进行数据处理。本发明具备体积小，实时性强，测量精度可以调节，满足实际生产的要求和适应不同大小待测区域的有益效果。

Description

一种利用辐射测量炉膛温度的系统及方法

技术领域

本发明涉及辐射测温技术领域，特别是涉及利用辐射测量炉膛温度的系统及方法。

背景技术

温度是炉膛燃烧时的重要参数之一，温度波动过大，会造成锅炉热效率下降，产生更多污染物，甚至会造成炉膛灭火、爆炸，威胁运行安全，造成大额的经济损失。传统的炉膛温度检测方法(如热电偶法)，感温元件需直接置于被测温度场或介质中,对待测目标的温度场有一定的干扰，而且只能得到某个局部位置的温度信号,无法获取整个燃烧空间的场信号。

辐射测温法属于非接触测温，在测量过程中，探测器不需要进入炉膛内部，从而减少了对待测目标温度场的干扰，并且感温元件不需要与待测对象接触。

因此希望有一种利用辐射测量炉膛温度的系统及方法以解决现有技术中的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用辐射测量炉膛温度的系统及方法实现对炉膛内温度分布的测量。

本发明公开了一种利用辐射测量炉膛温度的系统，所述系统包括炉膛、辐射反射筒、信号接收装置及运算处理系统；辐射通过炉膛的出光口射出并由辐射反射筒接收，辐射反射筒接收的辐射在辐射反射筒内壁进行反射，辐射每经过一次反射就有大小为光电二极管面积占镜片反光面积比例的辐射量被对应的信号接收装置接收，信号接收装置通过数据线将辐射数据传输至运算处理系统进行数据处理。

优选地,所述辐射反射筒为圆柱形，在所述辐射反射筒内壁进行反射的辐射呈“之”字状螺旋下降分布。

优选地,所述出光口处设置用于汇聚辐射的透镜。

优选地,所述信号接收装置包括：反射镜和光电二极管，光电二极管设置在所述辐射反射筒内壁的辐射反射点周围，所述信号接收装置将接收的光信号并转化成电信号。

优选地,所述运算处理系统包括数据采集卡和计算机，所述数据采集卡进行数据采集的工作，所述计算机进行数据处理工作。

本发明还公开了一种利用辐射测量炉膛温度系统的方法，由所述光电二极管接收到的信号强度和辐射强度的关系可知公式(1)：

其中，u为光电二极管接收到的信号强度，I为实际物体辐射强度，r为辐射的行程长度；

由辐射强度与温度的关系可知公式(2)：

I∝αT⁴ (2)

其中，I为辐射强度，T为物体的绝对温度，α是与衰减系数及传播距离有关的系数；

根据所述光电二极管距所述炉膛出光口的距离，依次将所述光电二极管编1-k号，并且根据温度测点距所述炉膛出光口的距离，依次将温度测点编1-k号；设第k个所述光电二极管接收到的信号强度为u_k(k＝1,2,3...n)，第k个温度测点处的辐射强度为I_k(k＝1,2,3...n)，辐射反射筒内壁上第一个所述光电二极管到第k个温度测点接收到的辐射所走过的路径长度为r_k(k＝1,2,3...n)，相邻的两个所述光电二极管间的距离为Δr；由公式(1)和(2)可得所述光电二极管接收到的信号强度和辐射强度之间的关系为公式(3)：

由上式可得所测范围的各分段的温度T_k(k＝1,2,3…n)，进而得到其温度分布。

本发明公开了一种利用辐射测量炉膛温度的系统及方法，本发明中的辐射反射筒、数据采集卡及计算机系统组件可以放置到远离测量区域的地方，当测量区域为高温、有腐蚀性等恶劣条件时，仍可以完成测量且不影响测量精度，同时，避免了设备被恶劣环境损坏，满足经济性的要求，并且辐射在炉膛内的探测路径可调节，灵活的满足了不同探测目的需求。而且本发明具备体积小，实时性强，测量精度可以调节，满足实际生产的要求和适应不同大小待测区域的有益效果。

附图说明

图1是本发明利用辐射测量炉膛温度的系统结构示意图。

图2是本发明辐射处理组件的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1-2所示，本发明提出了一种利用辐射测量炉膛温度的系统，根据光路前进方向依次包括：炉膛1、温度测点2、出光口3、辐射反射筒4、辐射处理组件5、数据线6、数据采集卡7、BNC线8、计算机9、反射镜10和光电二极管11。

炉膛1内的辐射信号由出光口3出射，进入辐射反射筒4，辐射反射筒4为圆柱形，内壁装有辐射处理组件5，该系统内的反射镜10可以反射辐射，辐射在辐射反射筒4内壁反射，光路呈“之”字状螺旋下降分布，每反射一次，就有一定比例的辐射量进入对应的辐射处理组件5内的光电二极管11，用数据采集卡7进行数据采集的工作，最后，用计算机9进行数据处理工作。

其中，温度测点2等间隔分布在炉膛1内的测量光路上，每个光电二极管11之间的间隔为Δr，距离出光口3最近的光电二极管距离第k个温度测点2的路径长度依次为r_k(k＝1,2,3,...,n)。

辐射处理组件5由反射镜10和内嵌的光电二极管11组成。

辐射反射筒4内壁的辐射处理组件5中的光电二极管11，用于接收光信号，转化成电信号。辐射在辐射反射筒4内壁上每反射一次，就有一部分辐射射入对应的光电二极管11。

由光电二极管11接收到的信号强度和辐射强度的关系可知公式(1)：

其中，u为光电二极管11接收到的信号强度，I为实际物体辐射强度，r为辐射的行程长度；

由辐射强度与温度的关系可知公式(2)：

I∝αT⁴ (2)

其中，I为辐射强度，T为物体的绝对温度，α是与衰减系数及传播距离有关的系数；

根据光电二极管11距出光口3的距离，依次将光电二极管11编1-k号，并且根据温度测点2距出光口3的距离，依次将温度测点2编1-k号；设第k个光电二极管11接收到的信号强度为u_k(k＝1,2,3...n)，第k个温度测点处的辐射强度为I_k(k＝1,2,3...n)，辐射反射筒4内壁上第一个所述光电二极管到第k个温度测点接收到的辐射所走过的路径长度为r_k(k＝1,2,3...n)，相邻的两个所述光电二极管间的距离为Δr；由公式(1)和(2)可得光电二极管11接收到的信号强度和辐射强度之间的关系为公式(3)：

由上式可得所测范围的各分段的温度T_k(k＝1,2,3…n)，进而得到其温度分布。

最后需要指出的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (5)

1.一种利用辐射测量炉膛温度的系统，其特征在于，所述系统包括炉膛、辐射反射筒、信号接收装置及运算处理系统；辐射通过炉膛的出光口射出并由辐射反射筒接收，辐射反射筒接收的辐射在辐射反射筒内壁进行反射，辐射每经过一次反射就有大小为光电二极管面积占镜片反光面积比例的辐射量被对应的信号接收装置接收，信号接收装置通过数据线将辐射数据传输至运算处理系统进行数据处理；

所述辐射反射筒为圆柱形，在所述辐射反射筒内壁进行反射的辐射呈“之”字状螺旋下降分布。

2.根据权利要求1所述的利用辐射测量炉膛温度的系统，其特征在于：所述出光口处设置用于汇聚辐射的透镜。

3.根据权利要求1-2之一所述的利用辐射测量炉膛温度的系统，其特征在于：所述信号接收装置包括：反射镜和光电二极管，光电二极管设置在所述辐射反射筒内壁的辐射反射点周围，所述信号接收装置将接收的光信号并转化成电信号。

4.根据权利要求3所述的利用辐射测量炉膛温度的系统，其特征在于：所述运算处理系统包括数据采集卡和计算机，所述数据采集卡进行数据采集的工作，所述计算机进行数据处理工作。

5.一种利用所述权利要求1-4之一所述的辐射测量炉膛温度系统的方法，其特征在于，由所述光电二极管接收到的信号强度和辐射强度的关系可知公式(1)：

其中，u为光电二极管接收到的信号强度，I为实际物体辐射强度，r为辐射的行程长度；

由辐射强度与温度的关系可知公式(2)：

I∝αT⁴ (2)

其中，I为辐射强度，T为物体的绝对温度，α是与衰减系数及传播距离有关的系数；

根据所述光电二极管距所述炉膛出光口的距离，依次将所述光电二极管编1-k号，并且根据温度测点距所述炉膛出光口的距离，依次将温度测点编1-k号；设第k个所述光电二极管接收到的信号强度为u_k(k＝1,2,3...n)，第k个温度测点处的辐射强度为I_k(k＝1,2,3...n)，辐射反射筒内壁上第一个所述光电二极管到第k个温度测点接收到的辐射所走过的路径长度为r_k(k＝1,2,3...n)，相邻的两个所述光电二极管间的距离为Δr；由公式(1)和(2)可得所述光电二极管接收到的信号强度和辐射强度之间的关系为公式(3)：

由上式可得所测范围的各分段的温度T_k(k＝1,2,3…n)，进而得到其温度分布。

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