CN113654665A - 一种便于冷却防护的高温光纤探头 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种便于冷却防护的高温光纤探头，包括光纤准直器、冷却防护外壳和红外辐射能量处理系统，冷却防护外壳的顶部的内部安装有第一固定法兰，第一固定法兰内部安装有光纤准直器，光纤准直器通过第一固定法兰安装在冷却防护外壳的内部。本发明能够利用气流很好的冷却防护光纤准直器，使其能够连续工作在高温工业环境；利用TE制冷贴片冷却防护聚焦成像镜组及探测器，可以保证探测器工作在室温环境，在经过能量滤波组件后，探测器电路板能够得到没有发生温度漂移的准确数据，为燃烧优化控制系统提供连续可靠的数据，保障最佳的优化控制效果，使焦炉的火道温度稳定，实现节能、降耗、减排。
Description
技术领域
本发明涉及红外检测技术领域，尤其涉及一种安装在焦化炉顶立火道温度检测领域，属于光学测温和焦炉燃控的工业应用范畴。
背景技术
我国焦炭产量需求大，焦化厂数量居世界首位，但在炼焦过程中最重要的火道温度参数达到1300℃左右的准确检测存在严重缺陷，如果火道温度不稳定，将导致焦炉加热不均匀，局部生焦会造成出焦时冒黑烟，直接影响焦炭质量和炉体寿命，焦炉加热燃烧过程优化控制对降低焦化企业生产成本和提高经济效益具有非常重要的作用。目前有红外便携式人工测温，热电偶在线测温和红外测温三种方式。
一、红外便携式人工测温，测温仪是利用红外线传输数字的原理来感应物体表面温度，操作比较方便，可以实现远、近距离的测温。目前，焦化厂中大多采用这种方式，但存在测温主要依靠人工手持测温，4小时测一次，测量周期长，时间跨度大，检测时间不一致，个体差异大，而且劳动强度大结果误差大，温度波动大的问题。测温的精准度完全在于人工瞄准的方式，对于测得的数据准确性无法保证，非常不利于燃控系统实现对焦炉炼焦过程中的燃烧控制。
二、热电偶在线检测，申请号CN201210545522.0的中国专利公布了一种焦炉火道温度在线检测方法，该方法只需在少数典型蓄热室顶部安装测温热电偶，以蓄顶温度通过焦炉火道温度软件计算测量模型换算火道温度，实现焦炉火道温度的在线检测，具有测量结果准确、成本低，消除手工检测的滞后性等优点。但在实际应用中，我们需要测量的是火道底部鼻梁砖温度，热电偶测量的是蓄顶温度，测量的并不是最佳测量点，若换算的数学模型不够完善，所选的典型炉况发生剧烈变化时，误差就大。另外，高温热电偶的保护套管在火道中容易碎裂，断落的碎管会影响燃烧室底部的燃气加热。
三、红外在线检测，理论上没有损耗，与传统普及的人工测量方法接近，测量点可以相同，有利于校对、比较。国内从2006年初起，尝试使用该方法，但测量的装备和方法还在逐渐完善和成熟的过程中。理论与实验一直存在较大误差，目前还无法在工业应用中得到安全认证。另一方面，红外在线测温要在高温炉顶铺设和维护大量的长光纤，施工和维护都很麻烦。为此，我们提出一种便于冷却防护的高温光纤探头。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种便于冷却防护的高温光纤探头，对高温光纤探头实施双冷却系统设计，能够利用气流很好的冷却防护光纤准直器，使其能够连续工作在高温工业环境；利用TE制冷贴片冷却防护聚焦成像镜组及探测器，可以保证探测器工作在室温环境，不发生温度漂移影响测量精度，从而使光纤准直器采集的红外辐射能量能够连续准确的传递到聚焦成像镜组，在经过能量滤波组件后，探测器电路板能够得到没有发生温度漂移的准确数据，为燃烧优化控制系统提供连续可靠的数据，保障最佳的优化控制效果，使焦炉的火道温度稳定，实现节能、降耗、减排，可以有效解决背景技术中的问题。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种便于冷却防护的高温光纤探头，包括光纤准直器、冷却防护外壳和红外辐射能量处理系统，所述冷却防护外壳的顶部的内部安装有第一固定法兰，所述第一固定法兰内部安装有光纤准直器，所述光纤准直器通过第一固定法兰安装在冷却防护外壳的内部，通过设有的冷却防护外壳能够对立火道小炉盖进行替代，由于其下端与高温环境进行直接接触，其采用了较厚的管壁提高其耐受温度；
所述红外辐射能量处理系统包括探测器、聚焦成像镜组和TE制冷片，所述探测器固定安装在探测基座上，所述探测基座底部安装有聚焦成像基座，所述聚焦成像镜组的一侧安装有TE制冷片。
所述冷却防护外壳的一侧安装有冷却气源入口，所述冷却防护外壳的另一侧安装有高温光纤出口，所述冷却气源入口的高度不高于高温光纤出口的高度。
所述探测器的引脚连接有电路板，所述光纤准直器和红外辐射能量处理系统之间通过高温光纤相连接，高温光纤将光纤准直器收集的能量传递到聚焦成像镜组，能量滤波组件后成像到探测器光敏面上，在电路板上进行采集信息的处理，处理后的数据最终连接至显示屏显示温度。
所述冷却防护外壳中部的两侧安装有弧形坡，所述冷却防护外壳的底部开设有通光孔，所述冷却防护外壳内部为上粗下细的流线型导槽，所述冷却防护外壳的底部安装有第二固定法兰，根据流体力学原理设计成上粗下细的流线型导槽，易于在内部形成高压冲击气流从底部流出，既可以对内部光纤准直器有较好的冷却效果，还可以防止外部灰尘或颗粒物进入污染光学系统。
所述第二固定法兰的表面设有安装孔，所述安装孔的内部安装有螺栓，通过设有的第二固定法兰以及安装孔方便对探头安装的方向进行调节固定。
所述探测器为高灵敏度探测器，所述探测器接收端通光口径不大于1.8mm，通过选择高灵敏度的探测器能够保证在高温环境中不发生漂移，选择在保证辐射照度的情况下的最小通光口径，能够减少结构热扩散。
所述探测基座的材料为铜作为热沉，外探测基座选择热导率较大的铜作为热沉，底部设置半导体制冷基片，进一步保证探测器长期工作在室温环境下。
所述第一固定法兰的表面可拆卸的安装有安装件，所安装件的顶部开设有开槽，所述安装件两侧内壁均安装有斜坡，所述安装件内壁的底部安装有收纳槽。
所述安装件的两侧内壁还安装有渗透孔，所述渗透孔间隔分布，所述渗透孔的底部安装有海绵，处于最底端的所述海绵和引水管之间安装有连接柱，所述连接柱的内部填充有海绵。
与现有技术相比，本发明运行时间长，本发明所提供的一种便于冷却防护的高温探头，在系统结构设计和材料上都采用了防护高温的最佳选择，另外还加入了二次冷却的TE制冷片，在最大程度上使设备能够在高温环境中长时间运行。
与现有技术相比，本发明数据精准，本发明的二级冷却系统，可保证内部设备工作在合适的温度，不发生温度漂移，以此保证数据精度。另外，本设备测量的立火道底部鼻梁砖的温度正是燃控系统所需的直接控制参数，也避免了数据换算模型不完善的误差。
与现有技术相比，本发明安装简单，本设备可替代立火道小炉盖，安装人员可在炉顶轻松将小炉盖替换成本设备，在瞄准待测目标后，用三顶三拉的固定法兰固定设备后，设备便可安全运行。
与现有技术相比，本发明维护成本低：红外测温设备使用寿命长，在设备损坏时内部零件更换简单，不需要花费太多人力去维护系统。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对本发明技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一种便于冷却防护的高温光纤探头的冷却外壳内部结构示意图。
图2为本发明一种便于冷却防护的高温光纤探头的光纤准直器的结构示意图。
图3为本发明一种便于冷却防护的高温光纤探头的安装件的结构示意图。
图4为本发明一种便于冷却防护的高温光纤探头的安装件的内部结构示意图。
图中：1、光纤准直器；101、安装件；2、冷却气源入口；3、高温光纤出口；4、第一固定法兰；5、弧形坡；6、冷却防护外壳；7、第二固定法兰；8、安装孔；9、螺栓；10、通光口；11、聚焦成像基座；12、聚焦成像镜组；13、探测器；14、探测基座；15、开槽；16、斜坡；17、渗透孔；18、收纳槽；19、引水管；20、海绵；21、连接柱。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明，其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制，为了更好地说明本发明的具体实施方式，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸，对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的，基于本发明中的具体实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他具体实施方式，都属于本发明保护的范围。
实施例1
如图1所示，一种便于冷却防护的高温光纤探头，包括光纤准直器1、冷却防护外壳6和红外辐射能量处理系统，冷却防护外壳6的顶部的内部安装有第一固定法兰4，第一固定法兰4内部安装有光纤准直器1，光纤准直器1通过第一固定法兰4安装在冷却防护外壳6的内部；
冷却防护外壳6的一侧安装有冷却气源入口2，冷却防护外壳6的另一侧安装有高温光纤出口3，冷却气源入口2的高度不高于高温光纤出口3的高度。
在本实施例中，探测器13的引脚连接有电路板，光纤准直器1和红外辐射能量处理系统之间通过高温光纤相连接。
在本实施例中，冷却防护外壳6中部的两侧安装有弧形坡5，冷却防护外壳6的底部开设有通光孔，冷却防护外壳6内部为上粗下细的流线型导槽，冷却防护外壳6的底部安装有第二固定法兰7。
在本实施例中，第二固定法兰7的表面设有安装孔8，安装孔8的内部安装有螺栓9，所述第二固定法兰7为三顶三立结构。
通过本实施例可实现：通过设有的冷却防护外壳6能够代替立火道小炉盖，将下端管壁内部插入焦炉部分，通过设有的第二固定法兰7三顶三立结构能够固定在炉顶转上，在瞄准待测目标后，经过简单的安装，安装人员可在炉顶轻松将小炉盖替换成本设备，设备便可安全运行，通过设有的第一法兰能够将光纤准直器1固定在冷却防护外壳6的中部，并且配合上端左侧中部设有的冷却气源入口2以及上端右侧设有的高温光纤出口3，能够可以更好的使冷却气起到光纤准直器1的防护作用，使高温光纤更可能的远离焦炉高温砖面。
实施例2
如图1-2所示，一种便于冷却防护的高温光纤探头，包括光纤准直器1、冷却防护外壳6和红外辐射能量处理系统，冷却防护外壳6的顶部的内部安装有第一固定法兰4，第一固定法兰4内部安装有光纤准直器1，光纤准直器1通过第一固定法兰4安装在冷却防护外壳6的内部；
红外辐射能量处理系统包括探测器13、聚焦成像镜组12和TE制冷片，探测器13固定安装在探测基座14上，探测基座14底部安装有聚焦成像基座11，聚焦成像镜组12的一侧安装有TE制冷片。
在本实施例中，冷却防护外壳6的一侧安装有冷却气源入口2，冷却防护外壳6的另一侧安装有高温光纤出口3，冷却气源入口2的高度不高于高温光纤出3口的高度。
在本实施例中，探测器13的引脚连接有电路板，光纤准直器1和红外辐射能量处理系统之间通过高温光纤相连接。
在本实施例中，冷却防护外壳6中部的两侧安装有弧形坡5，冷却防护外壳6的底部开设有通光孔，冷却防护外壳6内部为上粗下细的流线型导槽，冷却防护外壳6的底部安装有第二固定法兰7。
在本实施例中，第二固定法兰7的表面设有安装孔8，安装孔8的内部安装有螺栓9。
在本实施例中，探测器13为高灵敏度探测器13，探测器13接收端通光口10径不大于1.8mm。
在本实施例中，探测基座14的材料为铜作为热沉。
通过本实施例可实现：通过设有的TE制冷片能够起到二次冷却的作用，使其能够在最大程度上使设备能够在高温环境中长时间运行，同时还能够保证内部设备工作在合适的温度，不发生温度漂移，以此保证数据精度，本设备测量的立火道底部鼻梁砖的温度正是燃控系统所需的直接控制参数，也避免了数据换算模型不完善的误差，同时红外测温设备使用寿命长，在设备损坏时内部零件更换简单，不需要花费太多人力去维护系统。
实施例3
如图1、图3和图4所示，一种便于冷却防护的高温光纤探头，包括光纤准直器1、冷却防护外壳6和红外辐射能量处理系统，冷却防护外壳6的顶部的内部安装有第一固定法兰4，第一固定法兰4内部安装有光纤准直器1，光纤准直器1通过第一固定法兰4安装在冷却防护外壳6的内部；
在本实施例中，红外辐射能量处理系统包括探测器13、聚焦成像镜组12和TE制冷片，探测器13固定安装在探测基座14上，探测基座14底部安装有聚焦成像基座11，聚焦成像镜组12的一侧安装有TE制冷片。
在本实施例中，第一固定法兰4的表面可拆卸的安装有安装件101，所安装件101的顶部开设有开槽15，安装件101两侧内壁均安装有斜坡16，安装件101内壁的底部安装有收纳槽18。
在本实施例中，安装件101的两侧内壁还安装有渗透孔17，渗透孔17间隔分布，渗透孔17的底部安装有海绵20，处于最底端的海绵20和引水管19之间安装有连接柱21，连接柱21的内部填充有海绵20。
通过本实施例可实现，同时设有的安装件101能够在一定的程度上对探头进行进一步的降温冷却，当焦炉内部的温度较高时，当将冷却气源进行通入后，其会和冷却防护外壳6内部的部分热气进行汇集会产生一定的水蒸汽，产生的水蒸汽如果直接产生在光纤准直器1表面上，可能会对其内部的聚焦成像镜组12的成像产生一定的影响，当水蒸气在进行凝结的过程中，凝结的水蒸气能够汇集在两侧的斜坡16上，并且从两侧的斜坡16滑落至安装件101的内壁，从内壁处滑落至渗透孔17内部，当水滴滑落至安装孔8内部时，其能够被安装件101内部的海绵20进行吸收，此时，多余的水分能够被吸附进引水管19的内部以及被收集在收纳槽18的内部，在使用该装置时，将安装件101的两侧放置在第一固定法兰4表面进行安装，其两侧安装的引水管19一端从冷却气源入口2进入，另一端从高温光纤出口3流出，在水流流出和流入的过程中，能够将热气带出进行降温。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (8)
1.一种便于冷却防护的高温光纤探头，包括光纤准直器、冷却防护外壳和红外辐射能量处理系统，其特征在于，所述冷却防护外壳的顶部的内部安装有第一固定法兰，所述第一固定法兰内部安装有光纤准直器，所述光纤准直器通过第一固定法兰安装在冷却防护外壳的内部；所述红外辐射能量处理系统包括探测器、聚焦成像镜组和TE制冷片，所述探测器固定安装在探测基座上，所述探测基座底部安装有聚焦成像基座，所述聚焦成像镜组的一侧安装有TE制冷片。
2.根据权利要求1所述的一种便于冷却防护的高温光纤探头，其特征在于：所述冷却防护外壳的一侧安装有冷却气源入口，所述冷却防护外壳的另一侧安装有高温光纤出口，所述冷却气源入口的高度不高于高温光纤出口的高度。
3.根据权利要求1所述的一种便于冷却防护的高温光纤探头，其特征在于：所述探测器的引脚连接有电路板，所述光纤准直器和红外辐射能量处理系统之间通过高温光纤相连接。
4.根据权利要求1所述的一种便于冷却防护的高温光纤探头，其特征在于：所述冷却防护外壳中部的两侧安装有弧形坡，所述冷却防护外壳的底部开设有通光孔，所述冷却防护外壳内部为上粗下细的流线型导槽，所述冷却防护外壳的底部安装有第二固定法兰。
5.根据权利要求4所述的一种便于冷却防护的高温光纤探头，其特征在于：所述第二固定法兰的表面设有安装孔，所述安装孔的内部安装有螺栓。
6.根据权利要求1所述的一种便于冷却防护的高温光纤探头，其特征在于：所述探测器为高灵敏度探测器，所述探测器接收端通光口径不大于1.8mm。
7.根据权利要求1所述的一种便于冷却防护的高温光纤探头，其特征在于：所述探测基座的材料为铜作为热沉。
8.根据权利要求1所述的一种便于冷却防护的高温光纤探头，其特征在于：所述第一固定法兰的表面可拆卸的安装有安装件，所安装件的顶部开设有开槽，所述安装件两侧内壁均安装有斜坡，所述安装件内壁的底部安装有收纳槽；所述安装件的两侧内壁还安装有渗透孔，所述渗透孔间隔分布，所述渗透孔的底部安装有海绵，处于最底端的所述海绵和引水管之间安装有连接柱，所述连接柱的内部填充有海绵。
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