CN1262429A - 应用在高温火焰监视系统中的火焰探头 - Google Patents

Abstract

一种应用在高温火焰监视系统中的火焰探头,其特征是采用光纤传像,由耦合器将物镜与光纤束耦合连接,外部设置隔热鞘。本发明结构简单、可保证传像质量、使用寿命长、维护方便、能行之有效地应用在高温火焰监视系统中作为火焰探头。

Description

应用在高温火焰监视系统中的火焰探头

本发明涉及一种火焰探头。更具体地说，是一种应用在高温火焰(如火力发电厂锅炉燃烧火焰)监视系统中的火焰探头。

对于高温燃烧环境状况的监视，其经济意义是不言而喻的。如火力发电厂锅炉燃烧火焰，是数拾万千瓦电力产生的第一步，锅炉自身的造价数拾亿元。因此，不论是锅炉自身安全，还是为把热能转换成电能更为有效，监视都是十分必要的，可以说是火力发电不可缺少的仅器设备。

现有技术中，应用在该场合中的火焰探头都是采用光学镜片传像技术。但是，从锅炉自身的结构来说，其炉壁既是火焰限定边界，又是被加热水的热交换区，为了减少燃烧区边界以外的热能损失，同时也为工人正常的维护，操作提供可以耐受的环境温度，其炉壁外部必需设置保温层和防护层。这样一来，炉壁就有了相当的厚度。为了能对炉内火焰有充分的场景观察，摄取图象的镜头必须伸入到炉内侧(此处为1600℃左右的高温区)，而镜头的成像面又必须处在炉壁外部(炉壁外部为随季节变化的常温区)，就炉壁厚度一般而言，摄取燃烧场景的镜头从最前面的镜片到成象面太约有600mm左右，由相应长度的金属筒定位各光学镜片。根据光学镜片传像的技术特点，我们不难看出，由于金属的热胀冷缩，现有技术中以金属筒为基础的钢性联接，在这个特定的距离内很难在允许的误差范围内严格符合如下技术要求：1、保持一定的镜片距离。2、保持精密的光学轴心的同心度。不仅如此，其使用寿命也受到极大限制。为了让这种特殊加长的镜头在温差变化如此大的环境中安全、有效地工作，其结构设计有相当大的难度，使用寿命受到相当的限制。

本发明的目的在于避免上述现有技术中的不足之处，提供一种结构简单、可保证传像质量、使用寿命长、维护方便、能行之有效地应用在高温火焰监视系统中的火焰探头。

本发明的目的通过如下技术方案实现：

本发明的结构特点是采用光纤传像，由耦合器将物镜与光纤束耦合连接，外部设置隔热鞘。

光纤束，由数拾万根光纤按一定秩序排列，首尾一一对应，每单根光学纤维由两种具有不同折射率n的玻璃组成，其结构如同导线，由芯线和包层组成，芯线材料的折射率大于包层材料的折射率，单根光纤最大直径约为10微米，光纤束由数拾万根光纤包扎在一起，并由很短的金属外套与胶粘结，其余部分为松散状，外部加套保护胶管和金属软管，柔软可弯曲，长度从600mm到几米可以制造，最火外径为15mm左右。因此与已有技术相比，本发明具有如下优点：

1、与已有技术中金属套筒相比，本发明光纤束最大外径仅为15mm左右，占用空间很小，因而保护它在炉壁内外温差变化区的结构在机械上条件宽松，易于实现。

2、由于玻璃线胀系数远比金属小，则同样温差造成的绝对变化量远比金属小，加之几十万根同处在一样温度条件中，同胀同缩，光路上无相对误差，因而可保证传象质量。

3、由于能够很好地适应热胀冷缩的工作环境，使本发明较之现有技术使用寿命大大提高、维护方便。

图1为本发明结构示意图。

图2为本发明应用在监视系统中的结构原理图。

以下通过实施例，结合附图对本发明作进一步描述。

实施例：

参见附图1、2，采用光纤传像，由耦合器2将物镜1与光纤束3耦合连接，外部设置隔热鞘。

本实施例中，物镜1采用大视场物镜，其视场角为90度。耦合器2为长度可调的螺纹套筒。隔热鞘为多层结构，内层为石英玻璃密封管4，外部为多层薄壁金属套管，在薄壁金属套管的前端形成视窗8，薄壁金属套管为三层，包括内层金属套管5、中层金属套管6和外层金属套管7。各层间有流动的压力冷却介质，压力冷却介质由隔热鞘鞘尾压入，流经隔热鞘层间，从视窗8喷出。压力冷却介质可以是压缩空气。

如图2所示，具体实施中，设置装有散热片10的定位套9，将该定位套9固定焊接在炉壁上，探头插入定位套9，并由螺纹套管11旋紧固定。这一安装方式可极大地方便维护。为了有效地进行隔热，在定位套9与探头外层金属套管7之间，同样设置流动的冷却介质夹层，即流动的压缩空气层，压缩空气入口12设置在散热片10中。

本实施例中由于冷气流不断在隔热鞘夹层中流过，并从薄壁金属套管前端形成的视窗中喷出，不但能持续吹扫物镜前滞留的燃烧灰尘，保持视窗部位的清洁，而且，冷介质的流动使得由外层热辐射和对流传导的热量被冷介质带走，并形成沿径向上的温度梯度，从而为处在多层包围之中的物镜及光纤束等部件提供正常工作所需的温度环境。

如图2所示，通过调整耦合器的长度，使物镜成像在光纤束端面上，由光纤束将所摄取的现场实象分解为各个象素，并传递到其另一端面，在该端面上，由转向镜13投射到CCD电荷耦合器，实现光电耦合及光电转换，即完成了火焰探头的信号检测。在后继的系统装置中，以视频信号输出，最终可在显示器上重显现场状况。

Claims (5)

1、一种应用在高温火焰监视系统中的火焰探头，其特征是采用光纤传像，由耦合器(2)将物镜(1)与光纤束(3)耦合连接，外部设置隔热鞘。

2、根据权利要求1所述的应用在高温火焰监视系统中的火焰探头，其特征是所述耦合器(2)为长度可调的螺纹套筒。

3、根据权利要求1所述的应用在高温火焰监视系统中的火焰探头，其特征是所述隔热鞘为多层结构，内层为石英玻璃密封管(4)，外部为多层薄壁金属套管，在薄壁金属套管的前端形成视窗(8)，各层间有流动的压力冷却介质，压力冷却介质由隔热鞘鞘尾压入，流经隔热鞘层间，从视窗(8)喷出。

4、根据权利要求3所述的应用在高温火焰监视系统中的火焰探头，其特征是所述多层薄壁金属套管为三层，包括内层金属套管(5)、中层金属套管(6)和外层金属套管(7)。

5、根据权利要求3所述的应用在高温火焰监视系统中的火焰探头，其特征是所述流动在隔热鞘层间的压力冷却介质为压缩空气。

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