CN1432798A

CN1432798A - 火焰探测装置

Info

Publication number: CN1432798A
Application number: CN02143820.XA
Authority: CN
Inventors: 松熊秀成; 根本雅彦; 岛裕史
Original assignee: Hochiki Corp
Current assignee: Hochiki Corp
Priority date: 2002-01-11
Filing date: 2002-09-25
Publication date: 2003-07-30
Anticipated expiration: 2022-09-25
Also published as: DE60215909T2; AU2002325590B2; EP1329860B1; DE60215909D1; EP1329860A2; EP1329860A3; TWI280519B; CN100387949C; US6806471B2; US20030132388A1

Abstract

一种火焰探测装置，用以探测由失火引起的火焰，该装置包括一个光衰减滤光器以衰减90％或更多来自所述火焰发射的波长在可见光到近红外波段之间的光。该火焰探测装置进一步包括一个成像器，以拍摄经衰减的入射到其上的光的图像，以及一个处理部分，以从成像器获得的图像判断火焰。

Description

火焰探测装置

技术领域

本发明总体上涉及一种火焰探测装置，尤其涉及一种从由一个成像器拍摄监测目标而获得的火焰图像判断火焰的火焰探测装置。

背景技术

作为在先技术的处理监视照相机拍摄的图像以及判断由失火引起的火焰的方法，众所周知的有(1)一种在CO₂共振辐射波段提取红外线的方法，该波段包括火焰发出的光中特有的波长，(2)一种推断火焰闪烁频率的方法，该闪烁频率是在CO₂共振辐射波段中的红外线光强度的时间上的变化，以及(3)一种推断时间上的扩大和缩减的探测结果的方法，该时间上的扩大和缩减是燃烧中火焰的图像的空间特性。因此，在先技术中进行图像处理的火焰探测装置配有一个进口窗以保护装置内部免受灰尘和露珠等的侵袭。在先技术的火焰探测装置进一步配备一个带通滤光器以提取CO₂共振辐射波段的红外线，一个成像器以拍摄提取的红外线的图像，一个透镜机构以投射监视空间的图像到成像器上，以及一个处理部分以处理成像器输出的图像信号以及判断由失火引起的火焰。

火焰特有的中心波长为4.5μm的CO₂共振辐射波段适合于判断火焰，因为它具有良好的相关于火焰以外的外界光的信噪比(SNR)。但是，拍摄CO₂共振辐射波段的红外线成像器需要一个复杂的冷却结构等。而且，红外线成像器非常昂贵，并且体积庞大。

另一方面，作为一种从CO₂共振辐射波段中的红外线探测火焰的方法，有一种已知的在先技术的使用热电元件而非红外线成像器的火焰探测器。使用热电元件的火焰探测器结构简单而且便宜。但是，由于该火焰探测器不进行图像处理，它不能探测燃烧中火焰图像的空间特性的时间上的扩大和缩减。由于这个原因，这种火焰探测器在火焰探测精确度上比使用红外线成像器的图像处理方法差。

作为一种便宜的成像器，有一种电荷耦合器件(CCD)成像器被用在普通的视像拍摄机器上等。电荷耦合器件成像器在价格上相对较低并且性能优良。但是，在电荷耦合器件(CCD)成像器中，可以进行拍摄的波长段被限制在可见光到近红外线(大约1.2μm)的狭窄范围内，而且不能达到最反映火焰特性的CO₂共振辐射波段。

另外，火焰发出的光能比CCD成像器的动态范围高得多。由于这个原因，如果由失火引起的火焰被一个使用CCD成像器的监视照像机拍摄到，将引起晕光(信号饱和)。

在由失火引起的火焰被红外线成像器拍摄到的例子中，火焰发出的光能将超过成像器的动态范围并引起晕光。因此，红外线成像器具有与上述CCD成像器相同的问题。即使通过光圈控制和增益控制都不能抑制这种晕光。由于这个原因，CCD成像器不能抓住火焰的空间特性，因此不适合探测和监视火焰。

发明内容

本发明是考虑到上述情况而作出的。因此，本发明的一个目的是提供一种小巧便宜的火焰探测装置，该装置能够使用CCD成像器精确地判断火焰。本发明的另一目的是提供一种火焰探测装置，当使用一个成像器的时候，该装置能够容易地提高火焰图像的灰度分辨率。本发明的还有一个目的是提供一种小巧便宜的火焰探测装置，它通过将一个红外传感器例如焦热电元件和一个CCD成像器相结合使高度精确地判断火焰成为可能。

为达到上述目的，根据本发明，提供了一种第一火焰探测装置以探测由失火引起的火焰，该装置包括一个光衰减滤光器以衰减90％或更多来自火焰发射的波长在可见光到近红外波段之间的光。第一火焰探测装置进一步包括一个拍摄经衰减的入射在其上的光的图像的成像器，以及一个处理部分以从成像器获得的图像中判断火焰。

在本发明的第一火焰探测装置中，入射到成像器的90％或更多的光被光衰减滤光器衰减，这样入射光的数量处于成像器的动态范围内。因此，当拍摄火焰时，就能防止在传统的使用成像器的火焰探测装置中会发生的晕光，并且从成像器获得的图像中能抓住火焰的空间特性。因此，在第一火焰探测装置中，通过使用一种不能用于传统的火焰探测装置以感测由失火引起的火焰的成像器使感测火焰成为可能。

在本发明的第一火焰探测装置中，成像器可以包括一种电荷耦合器件CCD成像器。如前所述，CCD传感器的灵敏度在可见光到大约1.2μm的狭窄范围内，而且不能达到最反映火焰特性的中心波长为4.5μm的CO₂共振辐射波段。但是，由于火焰发射出宽波长范围的光(紫外线，可见光，近红外以及红外线范围)，有充分的可能用CCD传感器拍摄火焰。而且，众所周知，对于火焰的闪烁和空间特性，CCD成像器的敏感波段与CO₂共振辐射波段相似。因此，从CCD成像器拍摄的图像高度精确地判断火焰有充分的可能性。

上述的光衰减滤光器可以包括一种中性密度(ND)滤光器以衰减90％或更多可见光到近红外波段之间预定波长的光，以及一个可见光截断滤光器以截断预定波长或比预定波长更小的可见光波段的光。

根据本发明，提供了一种第二火焰探测装置以探测由失火引起的火焰，该装置包括一个红外带通滤光器，以衰减90％或更多火焰发射的波长在红外波段的光。第二火焰探测装置进一步包括一个红外成像器，以拍摄经衰减的入射在其上的光的图像，以及一个处理部分，以从红外成像器获得的图像中判断火焰。

第二火焰探测装置使用一种红外成像器，该成像器具有在二氧化碳共振辐射波段的灵敏度，并且90％或者更多的入射到红外成像器的红外线被红外带通滤光器衰减，以衰减90％或者更多的光。因此得到一个带有相应于火焰发射的红外线的灰度水平值的图象信号(像素信号)，最充分利用了红外成像器的动态范围。作为结果，可以容易地增强图象信号的分辨率，并且可以基于高精确性的图象处理来进行火焰判断。

进一步根据本发明，提供了一种第三火焰探测装置，用以探测失火引起的火焰。该装置包括一个光衰减滤光器，以衰减90％或者更多的由火焰发射的波长在可见光到近红外波段的光。第三火焰探测装置还包括一个成像器，以拍摄经衰减的入射在其上的光的图像；一个特定波长传送滤光器，以传送波长在二氧化碳共振辐射波段的光；以及一个红外传感器，以接收通过特定波长传送滤光器传送的光，并将接收到的光转换成电信号。第三火焰探测装置进一步包括一个处理部分，以从成像器获得的图像在时间上扩大和缩减的变化中，以及从由红外传感器输出的电信号获得的闪烁频率中来判断火焰。

在第三火焰探测装置的最佳形式中，成像器包括一个CCD成像器。除了基于CCD成像器图像处理的火焰判断外，还使用上述特定带通滤光器以及上述红外传感器(例如，热电元件等)探测二氧化碳共振辐射波段的红外线。因此除了CCD成像器的优点外，通过直接探测二氧化碳共振辐射波段的红外线，能够以较低的费用很容易地提高火焰判断的精确度。

进一步根据本发明，提供了第四火焰探测装置，以探测由失火引起的火焰，该装置包括一个光衰减滤光器，以衰减90％或者更多的由火焰发射的波长在可见光到近红外波段的光。第四火焰探测装置还包括一个成像器，以拍摄经衰减的入射在其上的光的图像。而且第四火焰探测装置包括(1)一个第一红外传感器，配以一个第一特定波长传送滤光器以传送第一波长即低于二氧化碳共振辐射波段的中心波长的光，第一红外传感器可操作地接收通过第一特定波长传送滤光器传送的光，并将接收到的光转换成一个电信号。(2)一个第二红外传感器，配以一个第二特定波长传送滤光器，以传送第二波长即二氧化碳共振辐射波段的中心波长的光，第二红外传感器可操作地接收通过第二特定波长传送滤光器传送的光，并将接收到的光转换成电信号；(3)一个第三红外传感器，配以一个第三特定波长传送滤光器，以传送高于第二波长的第三波长的光；第三红外传感器可操作的接收通过第三特定波长传送滤光器传送的光，并将接收到的光转换成电信号；和(4)一个处理部分，从由成像器获得的图像在时间上的扩大和缩减的变化中，以及从由第一、第二和第三红外传感器输出的电信号获得的峰值分布中来判断火焰。

在本发明的第四火焰探测装置中，除了基于CCD成像器所作的图像处理的火焰判断外，上述三个红外传感器抓住了CO₂共振辐射波段的三个峰值强度的分配。因此，能够以更高的精确度进行火焰判断。本发明的每一个上述火焰探测装置都可以包括一个光圈机构，以调节入射光的数量。在这个实例中，光圈机构能够增大和衰减不能被上述光衰减滤光器调节的光的数量。对于这种调节，一个放大部分中可以配备一个增益控制部分，该放大部分放大输入到所述处理部分的信号。

结合附图，本发明上述的以及进一步的目的和新颖的特征将更完整地显示在下面的详细描述中。但是可以明确理解的是，附图仅仅用于说明的目的而非用于限制本发明。

附图简要说明

图1是根据本发明的第一实施例的使用CCD成像器的火焰探测装置的示意图；

图2是用于解释图1中所示的ND滤光器的频率特性的曲线图表；

图3显示由ND滤光器衰减的入射光数量和CCD成像器的输出范围之间的关系；

图4是根据本发明的第二实施例的使用红外成像器的火焰探测装置的示意图；

图5是根据本发明的第三实施例的使用CCD成像器和红外成像器的火焰探测装置的示意图；

图6是火焰特有的CO₂共振辐射波段特性曲线图；

图7是根据本发明的第四实施例的使用数个不同的红外带通滤光器的火焰探测装置的示意图；

图8是本发明的第四实施例的火焰探测装置探测到的CO₂共振辐射波段中的三个不同波长的曲线图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的最佳实施例进行详细描述。

现在参考图1，图中描述了一种根据本发明的第一实施例构造的火焰探测装置。第一实施例的火焰探测装置其特点是使用了一个CCD成像器。火焰探测装置包括一个入口窗10，一个中性密度(ND)滤光器12，以及一个可见光截断滤光器14。为了防止灰尘、露珠及类似物的侵袭，入射窗10由蓝宝石玻璃制成。ND滤光器12包括一个光衰减滤光器，其衰减90％或更多从监测区域发射出来的光。

我们知道ND滤光器12是一种波长范围在可见光到近红外光之间的光衰减滤光器，以及具有例如图2所示的传送系数(0-1)。由于用于第一实施例的ND滤光器12要求传送系数是0.1或更少(10％或更少)的滤光器特性，因此例如第一实施例使用滤光器特性是图2中设置在传送系数为13％的ND-13和传送系数为0％的ND-0之间的ND-5(未显示)的ND滤光器。可见光截断滤光器14截断如可见光波长范围为800nm或更少的波段，该可见光波段被包括在ND滤光器12衰减掉的90％或更多的光中。

第一实施例的火焰探测器也包括一个光学系统以及一个CCD成像器22。光学系统由一个第一透镜16，一个光圈机构18，以及一个第二透镜20组成。来自第二透镜20的光入射到CCD成像器22的成像表面。光圈机构18能够进一步调节光的数量，其中90％或更多的光数量已经被ND滤光器12衰减了，而且可见光波段已经被可见光截断滤光器14截断。CCD成像器22具有预先确定的配置在水平方向和垂直方向的CCD像素的数量，而且在预先确定的间隔中受驱动通过二维扫描每个像素信号而读出图像信号，该像素信号对应于根据入射光的数量存贮的电荷。如前指出的，关于入射在其上的入射光的CCD成像器22的图像获取灵敏度是在可见光到大约1.2μm(近红外波段)的波长范围内，并没达到包括在火焰特有的CO₂共振辐射波段中的接近4.5μm的红外波段。

第一实施例的火焰探测器进一步包括一个放大部分24以及一个处理部分28。来自CCD成像器的图像信号由放大部分24放大并被输出到处理部分28。放大部分24被配备一个增益控制部分26，可以相关于处理部分28调节从CCD成像器22读出的图像信号的水平。由于这个原因，如图1所示的第一实施例可以通过光圈机构18和增益控制部分26进行光学上的光——量调节以及电气水平调节。

对于来自CCD成像器22的通过放大部分24放大的图像信号，处理部分28从图像信号判断火焰的存在，基于：

(a)推断火焰的闪烁频率；以及

(b)推断火焰图像时间上放大和缩减。

对于火焰闪烁频率的推断，我们知道火焰闪烁中心频率是在2-3Hz附近，小于4.5Hz。因此，对于来自CCD成像器22的图像信号，可随着时间的流逝估算全部像素的增益水平值总和，以及在估算值上进行快速傅立叶变换(FFT)来探测峰值频率。如果这个峰值频率例如处在火焰特有的2-3Hz中，图像信号便被判定为火焰。

对于火焰图像时间上的扩大和缩减的推断，来自CCD成像器22的图像信号被二进制化。然后，火焰区域通过分类被推断。通过估算被推断的火焰区域的面积，时间上火焰的扩大和缩减就被推断出来，从而判断火焰。

在处理部分28中的火焰判断可以通过闪烁频率的推断，或者通过时间上火焰扩大或缩减的推断而作出。或者，两者都可以被用于增强判断精确度。

现在参考图3，图中描述了ND滤光器12衰减的入射光数量和CCD成像器22的输出范围之间的关系。假设CCD成像器22具有一个CCD输出范围200如箭头所示，从探测目标量的火焰中获得的一个火焰输出范围100从接近CCD输出范围200的上限的水平到比CCD输出范围200高得多的水平扩展。CCD输出范围200可以通过光圈控制和增益控制被扩大到第一有效范围300。但是，即使进行光圈控制和增益控制，还是存在一个和火焰输出范围100相对应的超出第一有效范围300的范围作为一个晕光范围400(虚线显示)，在此范围中发生晕光。由于这个原因，在传统火焰探测装置使用CCD成像器的情况下，火焰的光能当高因此而引起晕光。结果，在使用CCD成像器的传统火焰探测装置中，不能抓住火焰的特性。

因此，在第一实施例的火焰探测装置中，90％或更多的入射光被ND滤光器12衰减掉。所以，来自火焰的90％或更多的光能被ND滤光器12衰减掉。结果，上述火焰输出范围100被转换到衰减的火焰输出范围500，处在CCD输出范围200中。因此，即使CCD成像器22的CCD输出范围200就这样被使用，衰减的火焰输出范围500的装置设定还是能防止晕光并使CCD成像器22拍摄到火焰。注意衰减的火焰输出范围500可以通过光圈控制和增益控制，使用光圈机构18和增益控制装置26，而被增大到第二有效范围600。

其次，将描述以组成从CCD成像器22读出的图像信号的每个像素的增益水平为基础的分辨率。假设CCD成像器22提供的来自每个CCD像素的图像信号是10比特数据，图3的CCD输出范围200可以在10比特数据中表达，因此，具有1024增益水平的分辨率。另一方面，在衰减前的火焰输出范围100中，只有CCD成像器22的CCD输出范围200的上限部分可以有效地被用于拍摄火焰。因此，关于进入CCD输出范围200的火焰输出范围100的火焰分析的分辨率是低的并且具有例如是相应于10比特中的4比特的16增益水平。

另一方面，在图1的第一实施例中，由探测目标量的火焰获得的火焰输出范围100被转变成衰减的火焰输出范围500，该范围通过衰减90％或更多的入射到CCD成像器22的光而处于CCD成像器22的CCD输出范围200中。因此，火焰分析可以获得以与CCD输出范围200相同的10比特为基础的1024增益水平的分辨率。用这种方法，能够高精确度地进行图1的处理部分28中为火焰判断所作的图像处理，例如火焰闪烁频率的推断和时间上的火焰扩大和缩减的变化的探测。

其次，将描述图1的第一实施例怎样监视由失火引起的火焰。在第一实施例的火焰探测装置中，入口窗10，光学系统(第一透镜16，光圈机构18，以及第二透镜20)，以及CCD成像器22被构造为一个照相机监视系统，以及跟随CCD成像器22的放大部分24被置于照相机单元侧面。处理部分28可以置于照相机单元侧面，或者可以通过例如安装一个处理程序来实现，该处理程序实现将一个图像信号从监视照相机输入到个人电脑或通过信号线连接的简单单元然后处理图像信号的功能。

在具有这样一个照相机单元的火焰探测装置监视一个区域的情况下，在没有任何火的正常监视状态下来自监视区域的90％或更多的光被ND滤光器12衰减掉，因此入射到CCD成像器22的光数量被衰减到来自监视区域的光的10％或更少。由于这个原因，正常监视状态下获得的来自CCD成像器22的图像信号的水平几乎为零。例如，即使图像信号被显示在监视器单元上，屏幕将还是变黑并且因此监视区域的状况不能被肉眼观察到。

假设火焰在监视区域由失火引起，比CCD成像器22的CCD输出范围200高得多的火焰输出范围100中的强光从火焰射出。但是，90％或更多的射出光被ND滤光器12衰减。然后，例如800nm或更小的可见光区域被可见光截断滤光器14截断。因此，衰减的光通过第一透镜16，光圈机构18以及第二透镜20入射到CCD成像器22。由于这个原因，如图3所示，通过滤光器衰减获得衰减的火焰输出范围500并处于CCD成像器22的CCD输出范围200中。因此，即使由失火引起的火焰被CCD成像器22拍摄到，仍然不会有晕光并且能以高分辨率获得火焰图像信号，该高分辨率由CCD输出范围200中的图像信号的比特数预先确定。

来自CCD成像器22的图像信号由放大部分24根据增益控制部分26控制的状态放大并将其输入到处理部分28。在处理部分28中，在图像信号的亮度变化上进行快速傅立叶变换(FFT)，以推断火焰闪烁频率和/或推断火焰图像时间上的扩大和缩减的变化。基于推断火焰闪烁频率和/或推断时间上的火焰的扩大和缩减，就可以作出火焰判断。值得注意的是，除了监视失火，第一实施例的火焰探测装置还应用于监视燃烧等。

现在参考图4，图中描述了根据本发明的第二实施例构造的火焰探测装置。该火焰探测装置的特点是利用了红外成像器。

在图4中，第二实施例的火焰探测装置包括一个入口窗10以及一个红外带通滤光器30。红外带通滤光器30由一个允许一个红外波段通过的带通滤光器，和一个具有10％或更小的传送系数，在其中穿过的红外波段的光数量衰减90％或更多的光衰减滤光器组成。值得注意的是，带通滤光器和光衰减滤光器可以相互分开设置。

第二实施例的火焰探测装置还包括一个光学系统和一个红外成像器32。光学系统一个第一透镜16，一个光圈机构18，和一个第二透镜20组成。红外成像器32具有火焰特有的CO₂共振辐射波段中4.5μm外的图像获取灵敏度，红外成像器32使用如pbS或pbSe阵列。在这样的实例中，红外成像器32配以一个使用了冷却装置34的热电冷却结构，和一个发射结构。红外成像器32可以是非冷却型。在这种情况下，配置热敏电阻或辐射热测量计作为像素阵列。

第二实施例的火焰探测装置进一步包括一个放大部分24和一个处理部分28。来自CCD成像器22的图像信号由放大部分24放大并被输出到处理部分28。放大部分24配备一个增益控制部分26以调节从红外成像器32输出的图像信号的灰度水平。处理部分28接收红外成像器32输出的红外波长波段内的图像，并进行火焰判断处理，基于下列任何一个方面或任何组合：

(a)提取火焰特有的CO₂共振辐射波段内的红外线；

(b)推断由于CO₂共振辐射波段内的红外线的火焰闪烁频率；

(c)推断火焰的时间上的扩大和缩减。

在这种情况下，直接从红外成像器32输出的图像信号可以获得由火焰发射的CO₂共振辐射波段内的红外线。因此，只要CO₂共振辐射波段的中心频率4.5μm被探测到，就可作出火焰判断。另外，由于火焰闪烁频率能通过对CO₂共振辐射波段中的红外线的水平的变化进行傅立叶变换(FFT)而直接获得，火焰就可以更精确地被推断。使用红外成像器的传统火焰探测装置可以获得这些优点。但是，第二实施例的火焰探测装置中，90％或更多入射到红外成像器32的红外线的光数量被红外带通滤光器30衰减。因此，即使光数量很多的红外能量从火焰发射，并入射到第二实施例的火焰探测装置，红外线的光数量也会在红外成像器32的输出范围内衰减。由于这个原因，红外图像信号可以最充分利用给于红外成像器32的输出范围的比特(例如10比特)而获得。

这就是，在探测目标量的火焰发出的红外线入射到红外成像器32的情况中，由火焰获得的火焰输出范围(见图3的火焰输出范围100)大大的超过了红外成像器32的输出范围的上限，如图3的CCD成像器的情况。由于这个原因，就有发生晕光的可能。但是，在图4的第二实施例中，90％或更多的红外线光能被红外带通滤光器30衰减，以使上述火焰输出范围衰减到红外成像器32的输出范围。因此，火焰的红外图像能最充分利用给于红外成像器32的10比特的分辨率而得到处理。

现在参考图5，图中描述了根据本发明的第三实施例构造的火焰探测装置。第三实施例的特点是感测CO₂共振辐射波段中的红外线的红外线传感器，与图1的第一的实施例结合起来。

在图5中，入口窗10，ND滤光器12，可见光截断滤光器14，第一透镜16，光圈机构18，第二透镜20，CCD成像器22，以及放大部分24与图1所示的第一实施例相同。除了这些组成元件外，第三实施例的火焰探测装置进一步包括一个第二入口窗36，一个红外窄带通滤波器38，一个红外传感器40，一个频率滤波器42，一个第二放大部分44，以及一个第二增益控制部分46。第二入口窗36使用蓝宝石玻璃以防止灰尘、露珠等的侵袭。尽管为使描述更简单，第二入口窗36和第一入口窗10分开配置，但是它们可以结合在一起成为如棱镜那样的光谱系统。

红外窄带通滤光器38可作为特定波长选择滤光器，并使用包括火焰辐射的(光特有的)波长的CO₂共振辐射波段的中心波长4.5μm带通特性的滤光器。

红外传感器40是探测灵敏度在CO₂共振辐射波段的中心波长4.5μm处的传感器，并且能够使用热电传感器等。值得注意的是，有红外传感器和红外带通滤光器40整体形成的情况。在这样的实例中，红外窄带通滤光器38就不必要了。

一个来自红外传感器40的探测信号被输入到频率滤光器42，在其中火焰闪烁频率波段被选择和推断。也就是由于存在火焰闪烁频率，例如接近2-3Hz，就必须用例如允许2-3Hz通过的滤光器。

一个来自频率滤光器42的输出信号被放大部分44放大并被输入到处理部分28。放大部分44配备增益控制部分46以调节频率滤光器42输出的火焰闪烁频率波段中的引出信号的水平。

处理部分28处理CCD成像器22输出的图像信号并推断火焰的时间上的扩大和缩减。另一方面，对于频率滤光器42引出的信号，如果由放大部分44获得预定水平的信号，处理部分28就能够判断火焰闪烁频率的探测。也就是如果通过红外探测器40，频率滤光器42，以及放大部分44获得的探测信号，具有预定的水平，则CO₂共振辐射波段中的红外线就被提取并且火焰闪烁频率就被推断出来。因此，就能作出火焰判断。进一步，如果这种火焰判断和基于时间上的火焰的扩大和缩减的火焰判断结合的话，就能以更高的精确度实现火焰的探测。

除了能够通过结构简单价格便宜的CCD成像器22探测火焰，也可以通过使用结构简单的红外线探测器40价格低廉地实现CO₂共振辐射波段的红外线的探测。因此，能以低廉的价格实现第三实施例的火焰探测装置。

现参考图6，图中描述了包括被图5的红外探测器40探测到的火焰辐射的光特有的波长的CO₂共振辐射波段中的光能的强度分布。在强度分布中，强度在CO₂共振辐射波段的中心波长4.5μm处达到峰值并且在峰值两侧急剧下降。因此，如果抓住了这个波长峰值，就能可靠地进行火焰判断。

现在参考图7，图中描述了根据本发明的第四实施例构造的火焰探测装置。第四实施例的特点是CO₂共振辐射波段中的红外线的峰值强度用数个红外传感器探测。

在图7中，CCD成像器22的一侧的组成元件，如图3的第三实施例一样，与图1的第一实施例相同。除了这些组成元件，三个红外传感器40a，40b，40c被配置在入口窗36的一侧，以探测CO₂共振辐射波段中的红外线。三个红外传感器40a，40b，40c的每一个的前部入口窗都配以一个红外窄带通滤光器。如图8中CO₂共振辐射波段的波长光谱所示，第一红外传感器40a的滤光器具有一个例如是3.9μm波长的中心频率λ1。第二红外传感器40b的滤光器具有一个是CO₂共振辐射波段的中心波长4.5μm的中心频率λ2。第三红外传感器40c的滤光器的中心波长λ3是5.0μm，比λ2(＝4.5μm)更长。因此，红外传感器40a-40c的红外窄带通滤光器能够直接抓住峰值分布，其中CO₂共振辐射波段的波长频谱中的波长λ1为低水平，λ2为峰值水平，λ3为低水平。

红外传感器40a-40c的输出分别被输入到频率滤光器42a，42b和42c。每个频率滤波器都推断一个火焰闪烁频率，例如2-3Hz的频率波段。频率滤波器42a-42c的输出被具有增益控制部分46a-46c的放大部分44a-44c放大并输入到一个处理部分28。因此，处理部分28可以同时随着探测来自放大部分44a-44c输出的信号的火焰闪烁频率，通过引出如图8所示的CO₂共振辐射波段中的峰值分布进行火焰判断。除了推断火焰闪烁频率和引出峰值分布外，可以利用从CCD成像器22输出的图像信号获得的时间上的火焰扩大和缩减的变化作出火焰判断。

在图7的第四实施例中，红外传感器40a-40c后跟随着推断火焰闪烁频率的频率滤波器42a-42c。但是，在仅通过引出如图8所示的CO₂共振辐射波段的峰值分布进行火焰判断的情况下，可以省略用于推断火焰闪烁频率的频率滤波器42a-42c。另外，在第四实施例中，CCD成像器22被用于图像处理并且只有红外传感器42a-42c被用于探测CO₂共振辐射波段中的红外线。因此，与用红外成像器的情况相比较，第四实施例的火焰探测装置能够做到结构简单且价格便宜。

如上详细所述，本发明具有下述优点：

(1)在图1的第一实施例中，90％或更多入射到CCD成像器22的光被ND滤光器(光衰减滤光器)12衰减，以使入射光的数量处于CCD成像器22的动态范围内。因此，当拍摄火焰时，就可防止在使用CCD成像器的传统火焰探测装置中发生的晕光，而且通过处理结构简单价格便宜的CCD成像器输出的图像信号能够可靠地作出火焰判断。

(2)在图4的第二实施例中，90％或更多入射到红外成像器32的红外线被红外带通滤光器30衰减。因此，可获得相应于火焰辐射的红外线的带有增益水平值的图像信号而最充分利用红外成像器32的动态范围。另外，能够容易地增强图像信号的分辨率，并且高精确度地进行感测火焰的图像处理。

(3)在图5的第三实施例中，除了基于由CCD成像器22探测火焰图像的火焰判断外，还用特定的带通滤光器38和红外传感器40探测CO₂共振辐射波段中的红外线。因此，除了CCD成像器22的优点外，通过直接探测CO₂共振辐射波段中的红外线，能够以低廉的费用很容易地增强火焰判断的精确度。

(4)在图7的第四实施例中，除了基于由CCD成像器22进行的图像处理的火焰判断外，由数个特定带通滤光器和红外传感器抓住CO₂共振辐射波段的峰值强度分布。因此，能够以更高的精确度进行火焰判断。

虽然本发明结合其最佳实施例进行了描述，但并不被本文中的细节所限制。因为本发明可以在不脱离其实质性特性的情况下以数种形式实现，本实施例因此是用于说明而非限制。由于本发明的范围是由所附的权利要求确定而不是由前述描述决定，所有落入权利要求界限范围或此界限范围的同等物内的变化均因此而被权利要求包括在内。

Claims

1、一种火焰探测装置，以探测由失火引起的火焰，其特征在于，该装置包括

一个光衰减滤光器以衰减90％或更多来自所述火焰发射的波长在可见光到近红外波段之间的光；

一个成像器，以拍摄所述经衰减的入射到其上的光的图像，以及

一个处理部分，以从所述成像器获得的所述图像中判断所述火焰。

2、如权利要求1所述的火焰探测装置，其特征在于，其中所述成像器包括一个电荷耦合器件(CCD)成像器。

3、如权利要求1所述的火焰探测装置，其特征在于，其中所述光衰减滤光器包括：

一个中性密度(ND)滤光器以衰减90％或更多可见光到近红外波段之间预定波长的光，以及

一个可见光截断滤光器以截断可见光波段中预定波长的光或更短波长的光。

4、如权利要求2所述的火焰探测装置，其特征在于，其中所述光衰减滤光器包括：

5、一种火焰探测装置，以探测由失火引起的火焰，其特征在于，该装置包括

一个红外带通滤光器，以过滤90％或更多所述火焰辐射发出的波长在红外波段的光；

一个红外成像器，以拍摄所述经衰减的入射到其上的光的图像；以及

一个处理部分，以从所述红外成像器获得的所述图像判断所述火焰。

6、一种火焰探测装置，以探测由失火引起的火焰，其特征在于，该装置包括

一个光衰减滤光器，以衰减90％或者更多的由所述火焰辐射发出的波长在可见光到近红外波段的光；

一个成像器，以拍摄所述经衰减的入射到其上的光的图像；

一个特定波长传送滤光器，以传送波长在二氧化碳共振辐射波段的光；

一个红外传感器，以接收所述通过所述特定波长传送滤光器传送的光，并将接收到的光转换成电信号；以及

一个处理部分，以从由所述成像器获得的所述图像在时间上的扩大和缩减的变化，以及从由红外传感器输出的所述电信号获得的闪烁频率来判断所述火焰。

7、如权利要求6所述的火焰探测装置，其特征在于，其中所述成像器包括一种CCD成像器。

8、一种火焰探测装置，以探测由失火引起的火焰，其特征在于，该装置包括

一个成像器，以拍摄所述经衰减的入射到其上的光的图像；

一个第一红外传感器，配以一个传送低于二氧化碳共振辐射的中心波长的第一波长的光的第一特定波长传送滤光器，所述第一红外传感器可操作地接收通过所述第一特定波长传送滤光器传送的所述光，并将接受到的光转换成电信号；

一个第二红外传感器，配以一个传送二氧化碳共振辐射的中心波长的第二波长的光的第二特定波长传送滤光器，所述第二红外传感器可操作地接收通过所述第二特定波长传送滤光器传送的所述光，并将接受到的光转换成电信号；

一个第三红外传感器，配以一个传送高于所述第二波长的第三波长的光的第三特定波长传送滤光器，所述第三红外传感器可操作地接收通过所述第三特定波长传送滤光器传送的所述光，并将接收到的光转换成电信号；以及

一个处理部分，以从由所述成像器获得的所述图像在时间上的扩大和缩减的变化，以及从由所述第一、第二和第三红外传感器输出的所述电信号获得的峰值分布来判断火焰。

9、如权利要求1所述的火焰探测装置，其特征在于，该装置进一步包括一个光圈机构以调节入射光的数量。

10、如权利要求5所述的火焰探测装置，其特征在于，该装置进一步包括一个光圈机构以调节入射光的数量。

11、如权利要求6所述的火焰探测装置，其特征在于，该装置进一步包括一个光圈机构以调节入射光的数量。

12、如权利要求8所述的火焰探测装置，其特征在于，该装置进一步包括一个光圈机构以调节入射光的数量。

13、如权利要求1所述的火焰探测装置，其特征在于，该装置进一步包括：

一个放大部分，以放大输入到所述处理部分的信号；以及

一个在所述放大部分中配置的增益控制部分。

14、如权利要求5所述的火焰探测装置，其特征在于，该装置进一步包括：

一个放大部分，以放大输入到所述处理部分的信号；以及

一个在所述放大部分中配置的增益控制部分。

15、如权利要求6所述的一种火焰探测装置，其特征在于，该装置进一步包括：

一个放大部分，以放大输入到所述处理部分的信号；以及

一个在所述放大部分中配置的增益控制部分。

16、如权利要求8所述的火焰探测装置，其特征在于，该装置进一步包括：

一个放大部分，以放大输入到所述处理部分的信号；以及

一个在所述放大部分中配置的增益控制部分。