CN1212757A - 颗粒的分离和检测设备 - Google Patents

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Abstract

用来检测油雾或其他颗粒物质的颗粒检测设备具有一个测量部分(5)和一个输入/输出部分(6),两者可拆开地连结在一起。有一测量室(60)接纳从接纳室(30)扩散而来的燃气流,该接纳室(30)通过一个进口(16)连接到所要监控的区域上。测量室(60)由一圆筒形体34构成,在该体内藏有多对在直径上对置的发光二极管(46A、46B…),每一对发光二极管都相向投射所发的光,这些光通过一个样本体积(62),被一光电二极管(52)通过一个观察孔眼(56)观察。光电二极管(52)可检测到由样本体积(62)内的颗粒所散射的光。有一玻璃管(64)保护着LED(46A、46B)使它们免受污染,该玻璃管(64)可容易地被清洗或拿掉而被更换。每一个LED(如46A)可轮流暂时地断电以便用作光检测器,其输出与所接到的从对面的LED(如46B)发来的光有关,因此是光内所含任何污染物的量度。测量部分(5)和输入输出部分可容易地分开以便维修或更换。

Description

颗粒的分离和检测设备
本发明涉及颗粒的分离和检测设备。将在下面只是作为范例说明的、体现本发明的设备可用来检测油雾，这是内燃机在错误状态下所会发生的，并会由此引起火灾或爆炸的危险。但体现本发明的设备也可用于许多其他用途。
按照本发明提供的颗粒检测设备，可用来燃气流中颗粒的存在。该设备具有光感测装置，其位置使它有一个视域，该视域沿着壁装置所限定的感测室轴向延伸，该感测室从光感测装置延伸到一个接受燃气流的开口端，并且至少装有两个发光器以便使发出的光以相反的方向横越感测室并沿着一条共同的光路射向一个位在感测室轴线上的取样体积，从而被燃气流挟带进入取样体积内的颗粒将一部分光散射出来供光感测装置检测。
按照本发明，还提供一种可用来检测燃气流中颗粒的设备，该设备具有一个接纳燃气流的测量室，装有发光装置以便将光投射到测量室内，还装有视域沿着该室延伸的光检测装置，它能根据室内燃气流中颗粒对发光装置所发光的作用效果来产生输出。发光装置具有至少两个发光单元，其位置使它们投射的光能以相反的方向沿着一条共同的光路横越测量室，每一发光单元都可用开关转换到光检测模式，在该模式下，发光单元可根据它所接受的、从沿着所说光路的另一个单元发生的光来产生相应的输出，该输出取决于在所说光路内的污染物。
按照本发明，还提供一种可用来检测燃气流内颗粒存在的颗粒检测设备，该设备具有：测量装置和燃气流输入/输出装置；测量装置具有一个可接纳燃气流样本的测量室，发光装置将光投射到测量室内，而光检测装置则可操作地产生输出，该输出取决于测量室内燃气流中的任何颗粒对发光装置所发光的作用；燃气流输入/输出装置具有一个燃气流进口，可用来接纳来自所要监控区域的燃气流并把它导引到接纳室内，还有一个出口，通过该出口来自接纳室的燃气流被排出；测量装置被装在第一壳体内，而燃气流输入/输出装置被装在第二壳体内，两个壳体可拆开地连结在一起，使在接纳室内的燃气流能够通过扩散而进入到测量室内。
按照本发明，另外还设有旋流器设备，可用来从燃气流中排除掉至少某些它所挟带的颗粒物质。该设备具有同轴的、外两层圆筒形壁，在其间形成一个环形通道，一个供燃气流进入到环形室内的进口，和一个从其内出来的出口，进口和出口在轴向上沿着环形室而彼此间隔开，进口相对于环形室而在径向上延伸，从而进入该室的燃气流被导引，一般沿着环绕环形室的圆周方向，从进口流到出口，而所说颗粒物质由于离心力的作用，至少会沉积到环形室的外壁上。
下面将只是以范例的方式结合附图说明体现本发明的油雾检测设备，其中：
图1为一种形式的设备的剖视图，用来说明其操作；
图2为图1中设备的部分剖视图，示出其较多的细节；
图3为图1中沿Ⅲ-Ⅲ线切开的剖视图；
图4为部分设备的方块线路图。
参阅图1，该设备具有一个测量部分5和一个输入/输出部分6，两者一般都是圆筒形的构造。部分5的突缘8与部分6的突缘10接触配合，为了密封的目的，中间插置O形环12。两个突缘8、10可用简单的夹子14或螺栓或其他合适的装置固定在一起。
部分6限定了进口16，该进口16在使用时直接或用一根合适的管子连接到要被监控发动机部分如曲柄箱。出口18直接或用一根合适的管子连接到排气管；通常，它被接回到发动机的曲柄箱。在室22内装有一台合适的风扇20。接上电流时，它从发动机吸入空气，使空气通过进口16，再通过出口18，返回发动机，如箭头24所示。在室28内装有一个旋流器26。其目的是对进入的空气赋予圆周运动，使粗大的油粒或其他污染物被离心力向外甩出并沉积在室28内。而要被本设备检测的油雾是旋流器26未能排除的。
体现本发明的旋流器的一种合适的形式将在下面结合图2较详细地说明。
如上所述被风扇20吸入的空气流动通过一个接纳室30，该室通过一个扩散筛32与本设备的部分5的内部连接。但扩散筛32也可完全省略。
图1所示的扩散筛32是由许多轴线互相平行且并排安装的小管构成。取样空气之所以扩散到部分5的内部主要是由于颗粒的布朗运动。较小的颗粒，也就是本设备主要打算检测的颗粒，趋向于作直线运动，因此容易流动通过扩散筛32的小管。而较大的颗粒运动时较少线性，较容易被拦截并沉积在小管的内壁上。
本设备的部分5具有一个圆筒形体34以其自身的突缘36而被支承在突缘8上。该圆筒形体34设有八个孔眼沿相应的径向延伸，其中两个这样的孔眼38A和38B在图1中示出，这些孔眼被设置成横越圆筒形体在直径上互相对置。图3示出其他孔眼如何也被设置成类似的在直径上互相对置的对38C和38D、38E和38F、及38G和38H。在每一个孔眼内装有各自的发光二极管(LED)46A……46H。
有一印刷电路板50横越部分5的内部而延伸并支承本设备的电路。在该电路板的中心装有一个光电二极管52，它被支承在圆筒形体34的端帽54上。端帽54在与圆筒形体34的中心线58对准的中心上制有一个狭小的观察孔眼56。
每一个发光二极管(LED)46A……46H都可产生一条窄光柱，它们沿直径方向投射横越测量室60，如图3中的虚线所示。所有这些LED的光输出相交在一取样体积62上。该取样体积62通过孔眼56被光电二极管52观察。
有一端部开口的玻璃管64被安装在圆筒形体34的测量室60内。该玻璃管64被合适的夹子如图1中的66夹持在位并接触支承在密封环68和70上。
LED46A……46H所发出的光通过玻璃管时只受到极其有限的影响。
部分5的顶部被盖72封闭，该盖72支承着一个洁净空气的进口76。空气通过孔76进入。
现在说明本设备的操作。
当风扇20接通电源时，空气连同油雾和任何其他污物从发动机的内部被吸入。其方式已在上面说明，旋流器26可除去粗颗粒。另外一些较大的颗粒可由扩散筛32(如果有的话)除去。
扩散到测量室60内部的任何油雾或其他颗粒将进入到取样体积62内，将将来自LED 46A……46H的某些光朝光电二极管52散射，于是它将产生一个警告性的输出，指示颗粒污染物的存在。
在测量室60由几何关系是这样安排的，使当没有任何颗粒时，光电二极管52有一个完全黑暗的景象。LED的布置使它们所投射的光基本上与光电二极管的观察方向成90度角，加之观察孔眼56很小，因此可以保证光电二极管不能接收直接来自LED的光，只有当该光被颗粒污染物散射时才能接收到。
孔眼56被这样安排，使光电二极管52不能看到玻璃管64壁的任何部分，否则的话，该玻璃管将会把一些从LED发出的光传导到光电二极管可以看见的位置上。
玻璃管64保护着LED，不让它们接受来自取样空气的污染物的沉积。任何这种靠近实际光源的沉积能将光线折射到观望孔眼56上。另外，很难从LED上清除任何这种污染物，一是由于LED发光表面的形状，二是由于LED部分被藏在径向空腔38A……38H内。而在玻璃管64内表面上的任何这种污染物对LED发出的光几乎没有折射效果。更重要的是玻璃管64的表面很容易清洗，甚至可拿走并更换。这种清洗或更换过程之所以能容易进行还因为部分5和6能快速分开。
虽然清除这种污染物比较简单，但在操作本设备时必需确保污染物没有沉积到足以有害地影响设备检测能力的程度。因此按照本发明的一个特征，本设备可自动对任何阻碍LED46A……46H光输出的污染物的存在进行检查。
图4以方块图的形式，示出LED46A……46H是如何被供电的。有一供电单元80提供合适的输出以便使所有LED通电，该供电单元80通过装在一个开关单元84内的相应转换开关82A、82B……82H连接到各个LED上。当所有开关82A到82H都被按图4所示方式设置时，所有LED46A……46H都可被通电，这样本设备就可按照上面说明过的方式操作，以检测油雾。
周期性地，控制单元86可把开关82A到82H中的每一个开关轮流(每次一个)接到另一个位置上，如开关82A的虚线所示位置。在该位置上，连接在开关82A上的LED46A现在通过一个合适的信号处理和放大单元87被连接到比较器88的一个输入端上，该比较器的另一个输入端则接受线路90上的一个参照信号。虽然LED主要被设计用来产生光输出，但实际上它们也能响应所接收的光而产生一个电压输出。当开关82A(在本例中)被转换到另一个位置上时，相应的LED46A现在便作为一个光感测器用来感测从径向相对的LED38B上接收到的光，而该LED通过开关单元84内的合适开关仍然在被通电。LED46A所产生的相应电输出就在比较器88内与线路90上的参照水平比较。如果光输出低于预定水平，错误警告单元92就会在线路93上产生警告输出。这种警告输出指示在LED46A和46B之间的光路上存在着过多的污染物(或者其中一个LED有错误)。
当LED46A这样试验后，控制单元86便将开关82A转回到以前设定的位置，并将开关82B转换到另一个位置。试验过程反复进行，当然，最后遍及所有其他LED。
图4示出光电二极管52的输出被连接到输出单元94上，输出单元94监控着来自光电二极管的输出信号并当颗粒污染物在以上面说明过的方式被检测时，在线路95上产生警告输出。这种警告输出可用来停机或用来发出初步有爆炸危险的指示。
周期性地，控制单元86可使空气供应单元96通电而将洁净空气通过洁净空气进口74(图1)供入。该洁净空气被导向光电二极管52(见图1)的周围并流动通过观察孔眼56进入到测量室60内。在流动通过观察孔眼56时，该空气带走任何污染物如油滴，这些污染物可沉积在孔眼的锐边上并能有害地影响光电二极管52的感测能力及/或可能折射从LED发出的光。
另外，在测量室34内的洁净空气可提供污染的零水平，这个水平可用来使光电二极管52的正常操作。在对空气供应单元96通电的同时，控制单元可致动输出单元使它转换到正常模式。在该模式下，控制单元检测来自光电二极管52的信号并把它调准到相应于没有污染物的预定的基准水平。
在图4中，为清楚起见，在各单元和供电单元80之间的连接线路(除了通过开关82A……82H连接到LED的线路外)都被省掉。
图1中的旋流器26可以采用的一种有效形式现在结合图2予以说明。图2示出图1中的本设备的部分6，其形式已略有修改，但与图1相当的零件仍用相同的标号指出。如图所示，旋流器具有一个圆筒形孔100，该孔沿着径向向部分6的本体内延伸并与进口孔102和出口孔104相交，进口孔102与进口16连通。
有一最好由金属制成的销钉106用螺纹108可卸除地装在孔100内。该销钉有一较窄的躯干110，因此在该躯干周围形成一个环形室112，该室与进口孔和出口孔连通。
进入的空气通过进口孔102沿径向冲击在销钉106的躯干上。大的油滴和其他粗的污染物就沉积在躯干上并被保留在那里。空气流和任何较小的颗粒将在一般为环绕销钉躯干的圆周方向上被导引，并将重复地环绕躯干流动，然后通过出口孔104排出。在这圆周运动中，离心力将会使油的其他颗粒沉积到环形室112的圆筒壁上。油雾和小的颗粒将继续不受影响地通过出口孔104进入到接纳室30内。
每隔一定时期，销钉106可被简单地卸下以便清洗或更换。
图2所示的修改可用与螺纹孔114啮合的螺栓与上部分5连结。
在某些情况下，可这样有效地布置部分6，使旋流器被垂直地安装而不是水平地安装。这样可使油在重力作用下滴落。
在使用时，部分6可用固定在进口16和出口18上的合适的管子连接到发动机上。或者可直接装在发动机上。
在一大的装置中如在一艘船的发动机室中，可能有多个不同的场所都要被监控是否有油雾存在，此时可用多个分开的如上所述的单元装在每一个需要监控的场所，并且只需在它们与中央的监控和供电点之间用简单的电路连接即可。
由于本设备采用两个容易分开的部分，即上部分5和下部分6，因此维护和修理都可简化。当在测量室34内检测到有过量的污物时，可简单地将相应的部分5卸下，并用一个新的或维修过的部分5更换，而换下的带污物的部分5可取走予以清洗或维修。
LED可用其他适合的发光器替代，但该发光器应可转换到另一模式，在该模式下，它们能根据所接收的光产生输出。在本说明书中使用的“光”这个术语还包括不可见但能被所要检测的颗粒散射的那种辐射。

Claims (28)

1．用来检测燃气流中颗粒存在的颗粒检测设备，具有光感测装置(52)，其位置使它有一个沿着壁装置(34)所限定的感测室(60)而在轴向上延伸的视域，该感测室(60)从光感测装置(52)延伸到一个接受燃气流的开口端，并且至少装有两个发光器(46A、46B)以便使发出的光以相反的方向投射越过感测室(60)并沿着共同的光路射向一个位在感测室(60)轴线(58)上的取样体积(62)，从而被燃气流挟带进入取样体积的颗粒将一部分光散射供光感测装置(52)检测。
2．按照权利要求1的设备，包括限定了光感测装置(52)的狭小观察孔眼的装置(56)。
3．按照权利要求1或2的设备，其中，发光器(46A、46B)被装在壁装置(34)的凹穴(38A、38B)内。
4．按照权利要求3的设备，包括位于感测室(60)内靠近壁装置(34)的透光的屏蔽装置(64)以保护发光器(46A、46B)不使被污染。
5．按照权利要求4的设备，其中，屏蔽装置(64)是可拆卸的。
6．按照权利要求4或5的设备，其中，感测室(60)为圆筒形的，屏蔽装置为一玻璃管。
7．按照以上任一项权利要求的设备，包括短暂地沿轴向使洁净空气或气体通过感测室(60)的装置(96)，和当这个洁净空气或气体存在时用来监控光感测装置(52)的输出并将该输出设定在一个预定的基准水平上的装置(94)。
8．按照权利要求2的设备，包括短暂地沿轴向使洁净空气或气体通过感测室(60)并通过观察孔眼(56)的装置(96)。
9．按照以上任一项权利要求的设备，包括间歇地操作将发光器(46A、46B)中的一个转换成光检测模式的控制装置(86)，和监控装置(87)，用来监控响应沿该光路从另一个发光器(46B)发出的光而产生的输出，从而可检测所说光路内是否有污染物。
10．按照权利要求9的设备，包括用来将发光器(46A、46B)在检测模式下产生的输出与参照水平(90)比较的装置(88)。
11．按照以上任一项权利要求的设备，其中，发光器为相应的发光二极管(46A、46B)。
12．按照以上任一项权利要求的设备，包括燃气流输入/输出装置(6)，该装置有一燃气流的进口(16)用来连接到所要监控的区域，有一接纳室(30)可用来接纳通过进口(16)而被吸入的燃气流，和一个出口(81)用来排出来自接纳室(30)的燃气流，接纳室(30)与测量室(5)对合安装，从而在接纳室(6)内的燃气流和其内的颗粒可趋于扩散到测量室(5)内。
13．按照权利要求12的设备，包括一个扩散筛(32)，设在接纳室(30)和测量室(5)之间，该扩散筛(32)适宜用来拘留那些不需被检测的颗粒物质。
14．按照权利要求13的设备，其中，扩散筛具有限定许多管状通道的装置(32)，各通道的长度与宽度相比要大，并且其长度一般与测量室(5)的轴线平行。
15．按照权利要求12到14中任一项的设备，其中，燃气流输入/输出装置(6)包括设在进口(16)和接纳室(30)之间的旋流器装置(26)，用来沿着圆形路径导引燃气流，从而利用离心作用使不希望被检测的颗粒沉积。
16．按照权利要求15的设备，其中，旋流器装置(26)具有同轴布置的内、外圆筒形壁(6、106)，从而限定一个环状室(112)，一个进入到环状室(112)内的进口(102)和一个从其内出来的出口(104)，进口(102)被连接到所说进口(16)上，而出口(104)被连接到接纳室(30)，进口(102)和出口(104)沿着环状室(112)的轴向彼此间隔开，进口(102)相对于环状室(112)在径向上延伸，从而进入该室(112)的燃气流被导引而沿着环绕环状室(112)的圆周方向从进口(102)流到出口(104)，而所说不希望被检测的颗粒由于离心力至少会沉积在环状室(112)的外壁上。
17．按照权利要求12到16中任一项的设备，其中，燃气流输入/输出装置(6)包括燃气流泵压装置(20)。
18．按照权利要求12至16中任一项的设备，其中，测量室(5)装在第一壳体(5)内，而燃气流输入/输出设备(6)装在第二壳体(6)内，第一和第二壳体(5、6)可拆开地相互连接在一起。
19．用来检测燃气流内颗粒的设备，具有测量室(60)用来接纳燃气流，发光装置(46A、46B)用来将光投射到测量室(60)内，和光检测装置(52)，它有一个延伸到室(60)内的视域，并能响应该室(60)内燃气流中的对发光装置(46A、46B)所发出光的作用效果产生一个输出，发光装置(46A、46B)至少由两个发光器单元(46A、46B)构成，其位置使它们发出的光能以相反的方向沿着一条共同的光路横越该室(60)而投射，每一单元(46A、46B)都可用开关转换到光检测模式，在该模式下，一个发光器单元可响应沿着所说光路从另一个发光器单元接受的光并产生一个相应的输出，该输出取决于所说光路上所含的污染物。
20．按照权利要求19的设备，包括监控装置(87)，它可被操作以便监控来自处在光检测模式下的发光器单元(46A、46B)的输出，如果该输出指示在所说光路上存在污染物，就会发出污染物警告。
21．按照权利要求19或20的设备，其中，光路的方向横越光检测装置(52)的视域，因此光检测装置(52)基本上接不到直接来自发光器单元(46A、46B)的光，但当至少在光路的一个预定部分存在着颗粒时可接收由颗粒所散射的光。
22．按照权利要求19到21中任一项的设备，包括至少两个以上的发光器单元(46C、46D)，它们能将光以相反的方向沿着第二条共同的光路横越测量室(60)而相向投射，这些单元(46C、46D)中的每一个单元都可用开关转换到光检测模式，在该模式下，它可响应沿着第二光路的另一个单元上所接收的光，并产生一个相应的输出，该输出与第二光路上所存在的污染物有关。
23．用来检测燃气流内颗粒存在的颗粒检测设备，包括测量装置(5)和燃气流输入/输出装置(6)；测量装置(5)具有一个用来接纳燃气流的样本的测量室(60)，用来将发出的光投射到测量室(60)内的发光装置(46A、46B)，和光检测装置(52)，它可被操作以便根据测量室(60)内燃气流中任何颗粒对发光装置(46A、46B)所发出的光的作用效果而产生输出；燃气流输入/输出装置(6)具有：一个燃气流进口(16)用来从所要监控的区域接受燃气流并把它导引到接纳室(30)内，一个出口(18)用来使来自接纳室(30)的燃气流通过该出口而排出；测量装置(5)装在第一壳体(5)内，燃气流输入/输出装置(6)装在第二壳体(6)内，这两壳体可拆开地连结在一起，使接纳室(30)内的燃气流能通过扩散进入到测量室(5)内。
24．按照权利要求23的设备，其中，燃气流输入/输出装置(6)包括设在进口(16)和接纳室(30)之间的旋流器装置(26)，用来沿着圆形路径导引燃气流，从而在旋流器装置(26)内利用离心作用使不希望被测量装置(5)检测的颗粒沉积出来。
25．按照权利要求29或30的设备，其中，燃气流输入/输出装置(6)包括燃气流泵压装置(20)。
26．按照权利要求23到25中任一项的设备，其中，第一和第二壳体(5,6)一般为圆筒形，并可拆开地端对端而且同轴地连结在一起。
27．按照权利要求17或25的设备，其中，燃气流泵压装置(20)由电力驱动，并包括检测其误操作的检测装置。
28．用来从燃气流中排除其所挟带的至少某些颗粒物质的旋流器装置，包括同轴布置的内、外圆筒形壁(6、106)，从而限定一个环状室(112)，一个燃气流进入环状室(112)内的进口(102)和一个从其中出来的出口(104)，进口(102)和出口(104)沿着环状室(112)的轴向彼此间隔开，进口(102)相对于环状室(112)在径向上延伸，从而进入该室(112)的燃气流绕环状室(112)沿圆周方向从进口(102)导引到出口(104)，而所说颗粒物质由于离心力至少会沉积在环状室(112)的外壁上。
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