CN206648746U - 一种基于影像表征炉膛火焰温度场的耐温检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于影像表征炉膛火焰温度场的耐温检测装置，包括温度场检测器件和耐高温保护管，耐高温保护管固定于炉膛膛壁的探测孔或者通风道内，温度场检测器件设于耐高温保护管内；耐高温保护管包括保护安装外管和冷却防护内管，冷却防护内管设于保护安装外管内，温度场检测器件设于冷却防护内管的前端部，保护安装外管和冷却防护内管上分别设有外冷却介质进口和内冷却介质进口；温度场检测器件包括检测外壳内设有温度场光路成像机构和影像转换处理机构，温度场光路成像机构包括由上向下依次设置的前镜片组、温度场转换光片和后镜片组，影像转换处理机构包括温度场传感器和影像转换线路板，影像转换线路板连接传输线连接显示机构。

Description

一种基于影像表征炉膛火焰温度场的耐温检测装置

技术领域

本实用新型涉及炉膛火焰温度场检测技术领域，尤其涉及一种基于影像表征炉膛火焰温度场的耐温检测装置。

背景技术

气体、液体（包括水－煤浆）、固体等可燃物在锅炉等容器内燃烧、反应产生火焰，火焰大致可以分为未燃区、初燃区、燃烧区等特征区域，燃煤的燃烧区火焰前端融入到全炉膛中心火焰，边界不明显，不同的区域温度也不一致；燃油的燃烧区前后端边界明显，温度差别大；火焰不同区域的温度反映了可燃物与助燃剂反应的状态。

因锅炉炉膛的温度高达1600多度，热成像检测仪表直接安装到炉膛壁上，根本无法工作，燃烧器附近的用于探测的开孔，稍微大一些就影响燃烧器的稳定燃烧；因炉膛燃烧是发光发热的强烈的化学反应，发出的可见光非常强烈热像仪无法检测到炉膛的真实温度，所以目前国内、国外针对锅炉等内部的燃烧反应，没有对火焰特征区域的直接测量方法及装置。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种基于影像表征炉膛火焰温度场的耐温检测装置，能够通过影像转换成像技术将炉膛火焰进行影像表征，进而显现再显示屏上，便于工作人员观察炉膛内的燃烧情况。

本实用新型采用的技术方案为：

一种基于影像表征炉膛火焰温度场的耐温检测装置，包括温度场检测器件和耐高温保护管，耐高温保护管固定于炉膛膛壁的探测孔或者通风道内，温度场检测器件设于耐高温保护管内；所述的耐高温保护管包括保护安装外管和冷却防护内管，冷却防护内管设于保护安装外管内，且冷却防护内管和保护安装外管之间有间隙，温度场检测器件设于冷却防护内管的前端部，且温度场检测器件与冷却防护内管之间有间隙，保护安装外管和冷却防护内管上分别设有外冷却介质进口和内冷却介质进口；所述的温度场检测器件包括检测外壳，设于检测外壳上部的温度场光路成像机构和检测外壳下部的影像转换处理机构，所述的温度场光路成像机构包括由上向下依次设置的前镜片组、温度场转换光片和后镜片组，所述的影像转换处理机构包括上端的温度场传感器和连接温度场传感器的影像转换线路板，影像转换线路板连接传输线连接显示机构。

所述的保护安装外管和冷却防护内管均采用耐热钢管。

所述的温度场转换光片采用微悬臂梁FPA片和光源的组合。

所述的温度场传感器采用CCD图像传感器、COMS影像传感器或非制冷红外焦平面阵列IRFPA，所述的影像转换线路板采用影像光强转换线路板。

所述的温度场转换光片采用全波段通光片。

所述的温度场传感器采用非制冷红外焦平面阵列IRFPA，所述的影像转换线路板采用影像光强转换线路板。

所述的温度场转换光片采用红外滤光片。

所述的温度场传感器采用CCD图像传感器、COMS影像传感器或非制冷红外焦平面阵列IRFPA，所述的影像转换线路板采用影像光强转换线路板。

所述的影像光强转换线路板通过温度场色标影像信号线连接温度场色标转换装置，温度场色标转换装置通过传输线连接显示机构。

本实用新型将冷却防护内管和温度场检测器件设在保护安装外管内，利用保护安装外管进行支撑和固定，在保护安装外管、冷却防护内管和温度场检测器件布置结构的基础上，炉膛正常运行时，冷却介质通过保护安装外管和冷却防护内管上设置的外冷却介质进口和内冷却介质进口，冷却介质进入保护安装外管和冷却防护内管之间的间隙、冷却防护内管和温度场检测器之间的间隙，然后进入炉膛；冷却介质经过温度场检测器件的表面时，带走了温度场检测器件的热量，冷却介质经过冷却防护内管的内壁和外壁时，带走冷却保护内管的热量，最终使冷却防护内管和温度场检测器件达到降温的目的，保证温度场检测器件的正常工作。

同时，利用温度场检测器件，将炉膛火焰辐射的光线通过前镜片组后，直接在上成像，再通过后镜片组，将反射的影像信息发送给温度场影像传感器，成像在温度场影像传感器上，把表征火焰温度的亮度影像转换为连续火焰温度的亮度影像信号，利用这个关系确定炉膛火焰的温度及温度场。之后，影像光强转换线路板接收到温度场影像传感器传输的信号后，进行影像处理，炉膛火焰影像的各个部位的亮度与实际炉膛火焰对应部位的红外光线的辐射能量相对应，炉膛火焰影像的各个部位的亮度可以表征实际炉膛火焰对应部位的温度，炉膛火焰影像表征实际炉膛火焰的温度场。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2本实用新型的温度场检测器件的结构示意图；

图3本实用新型的温度场检测器件针对实施例1的结构示意图；

图4本实用新型的安装结构示意图。

具体实施方式

如图1和图4所示，本实用新型包括温度场检测器件3和耐高温保护管，耐高温保护管固定于炉膛5膛壁6的探测孔4或者通风道内，温度场检测器件3设于耐高温保护管内；所述的耐高温保护管包括保护安装外管1和冷却防护内管2，所述的保护安装外管1和冷却防护内管2均采用耐热钢管。冷却防护内管2设于保护安装外管1内，且冷却防护内管2和保护安装外管1之间有间隙，温度场检测器件3设于冷却防护内管2的前端部，且温度场检测器件3与冷却防护内管2之间有间隙，保护安装外管1和冷却防护内管2上分别设有外冷却介质进口1-1和内冷却介质进口2-1；如图2所示，所述的温度场检测器件3包括检测外壳7，设于检测外壳7上部的温度场光路成像机构和检测外壳7下部的影像转换处理机构，所述的温度场光路机构包括由上向下依次设置的前镜片组8、温度场转换光片9和后镜片组10，所述的影像转换处理机构包括上端的温度场传感器11和连接温度场传感器11的影像转换线路板12，影像转换线路板12连接传输线13连接显示机构14。

当温度场转换光片9采用微悬臂梁FPA片15和光源16的组合时，温度场传感器11采用CCD图像传感器、COMS影像传感器或非制冷红外焦平面阵列IRFPA，所述的影像转换线路板12采用影像光强转换线路板17。

当温度场转换光片9采用全波段通光片时，温度场传感器11采用非制冷红外焦平面阵列IRFPA，所述的影像转换线路板12采用影像光强转换线路板17。

当温度场转换光片9采用红外滤光片时，温度场传感器11采用CCD图像传感器、COMS影像传感器或非制冷红外焦平面阵列IRFPA，所述的影像转换线路板12采用影像光强转换线路板17。

所述的影像光强转换线路板17通过温度场色标影像信号线18连接温度场色标转换装置19，温度场色标转换装置19通过传输线13连接显示机构14。

下面结合附图说明本实用新型的工作原理：

首先，在炉膛5膛壁6上开设一个探测孔4或者选择通风道，将本装置通过固定机构将其固定在探测孔4或者通风道内，固定机构可以选择螺钉等，能够满足固定作用即可。本装置包括温度场检测器件3和耐高温保护管，其中，耐高温保护管包括保护安装外管1和冷却防护内管2，保护安装外管1和冷却防护内管2之间有间隙，在安装时，在保护安装外管1的圆周上打孔，通过螺钉压紧冷却防护内管2，使得保护安装外管1和冷却防护内管2固定的同时还存在有间隙，保护安装外管1和冷却防护内管2之间的固定方式不仅仅限于上述所述的方式，只能能够满足保护安装外管1和冷却防护内管2固定的同时还存在有间隙即可。温度场检测器件3设置在冷却防护内管2的前端部，且温度场检测器件3和冷却防护内管2之间有间隙，一方面方便检测炉膛5内的燃烧情况，另一方面用于冷却防护内管2对温度场检测器件3进行降温处理。安装时，同样可以采用保护安装外管1和冷却防护内管2之间的安装方式，在冷却防护内管2的圆周上打孔，再通过螺钉压紧温度场检测器件3。此时，前期的安装准备工作已经完毕。

下面可以进行炉膛5内火焰检测，本实用新型的温度场检测器件3包括检测外壳7，设于检测外壳7上部的温度场光路成像机构和检测外壳7下部的影像转换处理机构，所述的温度场光路成像机构包括由上向下依次设置的前镜片组8、温度场转换光片9和后镜片组10，所述的影像转换处理机构包括上端的温度场传感器11和连接温度场传感器11的影像转换线路板12，影像转换线路板12连接传输线13连接显示机构14。

正常运行时，炉膛5火焰的平均温度控制在400℃~1650℃范围，炉膛5火焰辐射的大于800nm波长的红外光线很强，温度场影像传感器主要采用CCD图像传感器、COMS影像传感器和非制冷红外焦平面阵列IRFPA等固体器件，CCD图像传感器和COMS影像传感器感光波长范围为400nm~1100nm，非制冷红外焦平面阵列IRFPA能探测到的红外射线范围较大， CCD图像传感器和COMS影像传感器不但能感应红外滤光片过滤后的炉膛5火焰的红外光线、还可以感受到微悬臂梁FPA片15反射过来的可见光线； CCD图像传感器可以精确地感应到各个部位光的强度；COMS影像传感器，感应各个部位光的强度的准确度相对较差；非制冷红外焦平面阵列IRFPA探测到的红外波长范围较大。

冷却防护内管2和温度场检测器件3位于炉膛5区域内，炉膛5温度高达1600℃，温度场检测器件3采用最高级的军标产品，允许使用温度不超过120℃，冷却防护内管2采用耐热管，融化温度在1300℃左右，为了避免温度场检测器件3和冷却防护内管2被烧毁，在冷却防护内管2上套设保护安装外管1，在保护安装外管1、冷却防护内管2和温度场检测器件3布置结构的基础上，炉膛5正常运行时，冷却介质通过保护安装外管1和冷却防护内管2上设置的外冷却介质进口1-1和内冷却介质进口2-1，冷却介质进入保护安装外管1和冷却防护内管2之间的间隙、冷却防护内管2和温度场检测器件3之间的间隙，然后进入炉膛5；冷却介质经过温度场检测器件3的表面时，带走了温度场检测器件3的热量，冷却介质经过冷却防护内管2的内壁和外壁时，带走冷却保护内管的热量，最终使冷却防护内管2和温度场检测器件3达到降温的目的，保证温度场检测器件3的正常工作。

温度场检测器件3正常工作时，具有多种实施方式：

实施例1

如图3所示，当温度场转换光片9采用微悬臂梁FPA片15和光源16的组合时，温度场传感器11采用CCD图像传感器、COMS影像传感器或非制冷红外焦平面阵列IRFPA，所述的影像转换线路板12采用影像光强转换线路板17，所述的影像光强转换线路板17通过温度场色标影像信号线18连接温度场色标转换装置19，温度场色标转换装置19通过传输线13连接显示机构14。

炉膛5火焰辐射的光线通过前镜片组8后，直接在微悬臂梁FPA片15上成像，光源16照射在微悬臂梁FPA片15上，微悬臂梁FPA片15反射出的强度与成像各个单元温度对应的光线，即微悬臂梁FPA片15的红外辐射能量与微悬臂梁FPA片15反射光的亮度呈对应关系，再经后镜片组10，成像在温度场影像传感器上，把表征火焰温度的亮度影像转换为连续火焰温度的亮度影像信号，利用这个关系确定炉膛5火焰的温度及温度场。温度场传感器11、影像转换线路板12组成的影像转换器把微悬臂梁FPA片15上的亮度转换为温度场影像，影像转换线路板12仅采用影像光强转换线路板17时，炉膛5火焰影像的各个部位的亮度与实际炉膛5火焰对应部位的红外光线的辐射能量相对应，炉膛5火焰影像的各个部位的亮度可以表征实际炉膛5火焰对应部位的温度，炉膛5火焰影像表征实际炉膛5火焰的温度场。

如图3所示，为了便于对火焰温度场有一个直观的视觉认知，在影像光强转换线路板17的输出端通过温度场色标影像信号线18连接一个温度场色标转换装置19，温度场色标影像信号线18把影像光强转换线路板17和温度场色标转换装置19连接起来，并把炉膛5燃烧火焰的温度场光强影像信号送到温度场色标转换装置19上。之后，定义不同温度的GRG值，用物体的红外射线的辐射光强度与物体温度的对应关系确定各个像素点的光线强度与GRG值的对应关系；温度场色标转换装置19根据送来的各个像素点的亮度转化为对应的RBG值，把温度场色标影像送到显示机构14上，显示机构14显示出可以表征炉膛5燃烧火焰的温度场的RBG影像。

实施例2

当温度场转换光片9采用全波段通光片时，可见光、红外线、紫外线都能穿过全波段通光片，温度场传感器11只能采用非制冷红外焦平面阵列IRFPA，所述的影像转换线路板12采用影像光强转换线路板17。所述的影像光强转换线路板17通过温度场色标影像信号线18连接温度场色标转换装置19，温度场色标转换装置19通过传输线13连接显示机构14。

炉膛5火焰的光线依次经过前镜片组8、温度场转换光片9、后镜片组10后成像在非制冷焦平面阵列探测器IRFPA，即温度场影像传感器上，经影像光强转换线路，把表征火焰温度的影像转换为连续的亮度影像视频信号，炉膛5火焰影像的各个单元的亮度表征实际炉膛5火焰对应部位的辐射温度，炉膛5火焰亮度影像信号表征实际炉膛5火焰的温度场。

实施例3

当温度场转换光片9采用红外滤光片时，红外光线才能通过，其它短波光线不能通过，用物体的红外射线的辐射强度与物体的温度的对应关系，确定炉膛5火焰的温度及温度场。温度场传感器11可采用CCD图像传感器、COMS影像传感器或非制冷红外焦平面阵列IRFPA，所述的影像转换线路板12采用影像光强转换线路板17。所述的影像光强转换线路板17通过温度场色标影像信号线18连接温度场色标转换装置19，温度场色标转换装置19通过传输线13连接显示机构14。

炉膛5内火焰的光线依次经过前镜片组8，后经过红外滤光片、之后穿过后镜片组10，红外滤光片只让波长大于800nm的红外光线透过，其它波长的光线不让通过，过滤后的红外光线通过后镜片组10，成像在温度场影像传感器上，再经影像光强转换线路板17，把表征火焰温度的影像转换为连续的亮度影像视频信号，炉膛5火焰影像的各个单元的亮度表征实际炉膛5火焰对应部位的温度，炉膛5火焰亮度影像信号表征实际炉膛5火焰的温度场。

Claims (9)

1.一种基于影像表征炉膛火焰温度场的耐温检测装置，其特征在于：包括温度场检测器件和耐高温保护管，耐高温保护管固定于炉膛膛壁的探测孔或者通风道内，温度场检测器件设于耐高温保护管内；所述的耐高温保护管包括保护安装外管和冷却防护内管，冷却防护内管设于保护安装外管内，且冷却防护内管和保护安装外管之间有间隙，温度场检测器件设于冷却防护内管的前端部，且温度场检测器件与冷却防护内管之间有间隙，保护安装外管和冷却防护内管上分别设有外冷却介质进口和内冷却介质进口；所述的温度场检测器件包括检测外壳，设于检测外壳上部的温度场光路成像机构和检测外壳下部的影像转换处理机构，所述的温度场光路成像机构包括由上向下依次设置的前镜片组、温度场转换光片和后镜片组，所述的影像转换处理机构包括上端的温度场传感器和连接温度场传感器的影像转换线路板，影像转换线路板连接传输线连接显示机构。

2.根据权利要求1所述的基于影像表征炉膛火焰温度场的耐温检测装置，其特征在于：所述的保护安装外管和冷却防护内管均采用耐热钢管。

3.根据权利要求1所述的基于影像表征炉膛火焰温度场的耐温检测装置，其特征在于：所述的温度场转换光片采用微悬臂梁FPA片和光源的组合。

4.根据权利要求3所述的基于影像表征炉膛火焰温度场的耐温检测装置，其特征在于：所述的温度场传感器采用CCD图像传感器、COMS影像传感器或非制冷红外焦平面阵列IRFPA，所述的影像转换线路板采用影像光强转换线路板。

5.根据权利要求1所述的基于影像表征炉膛火焰温度场的耐温检测装置，其特征在于：所述的温度场转换光片采用全波段通光片。

6.根据权利要求5所述的基于影像表征炉膛火焰温度场的耐温检测装置，其特征在于：所述的温度场传感器采用非制冷红外焦平面阵列IRFPA，所述的影像转换线路板采用影像光强转换线路板。

7.根据权利要求1所述的基于影像表征炉膛火焰温度场的耐温检测装置，其特征在于：所述的温度场转换光片采用红外滤光片。

8.根据权利要求7所述的基于影像表征炉膛火焰温度场的耐温检测装置，其特征在于：所述的温度场传感器采用CCD图像传感器、COMS影像传感器或非制冷红外焦平面阵列IRFPA，所述的影像转换线路板采用影像光强转换线路板。

9.根据权利要求4、6或8所述的基于影像表征炉膛火焰温度场的耐温检测装置，其特征在于：所述的影像光强转换线路板通过温度场色标影像信号线连接温度场色标转换装置，温度场色标转换装置通过传输线连接显示机构。