DE69514051T2 - Vorrichtung zur optischen Überwachung - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft eine optische Raumüberwachungsvorrichtung, basierend auf Lichtübertragung über Lichtleitfasern oder Glasfasern.
• Es ist bekannt, ein Bild eines Querschnitts eines strömenden Fluids mittels einer Kamera zu bilden, bei dem das Bild mittels eines optischen Elements zur Spektralzerlegung erfasst und die derart spektral zerlegte Strahlung mittels einer seriell ausgelesenen Sensormatrix weiterverarbeitet wird. In diesem Fall ist das Bild des Fluidquerschnitts "eindimensional" oder zeilenförmig, wobei die Eintrittsapertur eine Schlitzgestalt aufweist.
• Aus EP-A-0 333 493 ist eine Entfernungsmeßeinrichtung bekannt, bei der ein Lichtstrahl entlang einer Linie abgetastet wird. Ein Satz von Detektoren ist über Lichtleiter mit Sensoren verbunden, insbesondere Photodioden. Jeder Detektor erfaßt einen kleinen Punkt entlang der Abtastlinie, wobei der Punkt vorzugsweise eine Rechteckgestalt aufweist. Die Lichteinlässe der Lichtleitbündel sind in einem rechteckigen Muster angeordnet, und das Bündel gehört zu ein und demselben Kanal. Ferner ist das Bündel an seinem Lichtauslassende derart ausgestaltet, daß die Photodiode des besagten Kanals in einer ungefähr kreisförmigen Form beleuchtet wird. Mit anderen Worten gibt der Ort einer einzelnen Faser am Austrittsende nicht die Position des Lichteintritts wieder, und das Licht eines Bündels stellt einen einzigen Punkt dar.
• US-A-5,086,220 offenbart eine Reihe von Lichteintritten und zugeordneter Lichtleiter und entspricht insofern EP-A-0 333 493.
• EP-A-0 168 235 offenbart Reihen von Detektoren.
• Patent Abstracts of Japan Band 7, Nr. 220, S. 226 lehrt das Umwandeln eines eindimensionalen in ein zweidimensionales Bild.
• Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zum optischen Überwachen eines Raums zu schaffen, die von einfachem Aufbau ist.
• Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung eine solche Vorrichtung zu schaffen, die ausgebildet ist zum Bestimmen der Verteilung der Strahlung, die von einem in einem Rauchgaszug eines Dampfgenerators strömenden Fluid ausgeht oder absorbiert wird, wobei die Anforderung an die Auflösung gemäßigt ist.
• Diese Aufgaben durch die in Anspruch 1 definierte Vorrichtung gelöst.
• Erfindungsgemäß wird die Strahlung an den Lichteinlässen von Glasfasern oder anderen Lichtleitfasern erfaßt, wobei diese Einlässe als Matrix angeordnet sind zum Zwecke der Überwachung eines Raumes (im Gegensatz zu einem Querschnitt). Die Lichtleitfasern sind nicht zu einer Lichtsensormatrix von vergleichbarer Anordnung verlängert (was naheliegend wäre), sondern zu wenigstens einer Sensorzeile. Diese Anordnung erlaubt das parallele Auslesen der Information in Realzeit und damit die Erfassung von Fluktuationen. Es ist nicht machbar, solche Fluktuationen mittel einer Sensormatrix zu erfassen, weil die letztere seriell ausgelesen wird und sich dementsprechend inhärent integrierend verhält.
• Am Einlass und/oder Auslass jeder Faser können zusätzliche optische Elemente vorgesehen sein, wie Mikrolinsen, Filter, Prismen und dergleichen in Abhängigkeit von der speziellen Anwendung.
• Ausführungsbeispiele der Erfindung sind schematisch in den anliegenden Zeichnungen dargestellt.
• Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Erfassen von Strahlungsfluktuationen.
• Fig. 2 zeigt eine vergrößerte Einzelheit des Lichteinlass in Fig. 1 gemäß II-II.
• Fig. 3 zeigt eine zu Fig. 2 vergleichbare Ansicht mit einer Modifikation.
• Fig. 4 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung für das simultane Erfassen von Strahlungsfluktuationen und Strahlungsintensitäten in einem gegebenen spektralen Wellenlängenbereich.
• Fig. 5 stellt eine Modifikation der Vorrichtung aus Fig. 1 dar, und
• Fig. 6 ist eine Querschnittsansicht der modifizierten Vorrichtung aus Fig. 5.
• Fig. 1 zeigt eine Halterung 10 für neun Glasfasern 12. Die Lichteinlässe der Fasern sind in einer orthogonalen 3 · 3 Matrix angeordnet. Es ist zu verstehen, daß die Anzahl Fasern von der bestimmten Anwendung abhängen wird und im Allgemeinen wesentlich höher als neun sein wird. Ein Koordinatenpaar X, Y ist jedem Lichteinlass zugeordnet. Die Lichtleitfasern 12 sind mit einer Sensorreihe 20 verbunden, bei der ein Sensor jedem Lichtleiter zugeordnet ist. Die Sensoren werden parallel ausgelesen, und die Verarbeitung ihrer Ausgangssignale erfolgt in einem nicht dargestellten elektronischem Prozessor.
• Die Halterung 10 ist in einem Fenster montiert, das in einem der Wände 13 eines Rauchgaszuges eines Dampfgenerators vorgesehen ist.
• Die Lichteinlässe der Fasern 12 können mit Mikrolinsen 15 ausgestattet sein, wie in Fig. 2 dargestellt, oder mit Filtern oder anderen optischen Mitteln 17, wie in Fig. 3 dargestellt.
• In dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4 ist ein Paar von Glasfasern 12, 14 jedem Ort X, Y zugeordnet; aus Gründen der Einfachheit ist nur ein solches Faserpaar gezeigt. Vergleichbar zu Fig. 1 ist die Lichtleitfaser 12 mit dem zugeordneten Sensor in der Sensorzeile 20 verbunden. Die zweite Faser 14 des Paares ist mit einem zugeordneten Sensor in einer zweiten Sensorreihe 30 verbunden, aber zwischen seinem Lichtauslass und dem Sensor ist ein optisches Element 40 zur Spektralzerlegung angeordnet, so daß nur ein gewünschter Ausschnitt des Spektrums auf den Sensor trifft. Dieses optische Element kann bekannter Bauart sein, wie ein Prisma, ein Filter, ein Beugungsspalt oder dergleichen. Die Erfindung ist nicht auf nur zwei Zeilen beschränkt; anstelle von zwei Lichtleitfasern pro Koordinatenpunkt können auch drei oder mehr vorgesehen sein, um eine Mehrzahl von Spektralausschnitten mittels einer dritten, vierten .... Sensorzeile zu erfassen. Auch kann anstelle einer zweiten Sensorzeile eine Sensormatrix vorgesehen sein, deren Zeilen dann seriell ausgelesen werden.
• In dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 5 und 6 umfaßt die Vorrichtung ein Lichtsenderende und ein Lichtempfangsende. An dem Senderende sind die Sensorzeilen durch Zeilen von Lichtemissionsdioden (LED) ersetzt, so daß das Licht nicht von der Matrix empfangen, sondern ausgesandt wird, wobei die Lichtquelle 50 als ein Block angezeigt ist. An dem Empfangsende wird das System gemäß Fig. 1 verwendet. Auf diese Weise wird anstelle der von dem Rauchgaszug ausgehenden Strahlung dessen Absorption an dem Laseraustritt erfasst.
• Wie in Fig. 6 dargestellt, können entgegengesetzte Sender-/Empfangsenden vorgesehen werden, bei denen der Lichteinlass einer Senderfaser das von den entgegengesetzten Lichtauslass emitierte und aufgrund der Absorption gedämpfte Licht erfaßt. Wie dargestellt sind Sender und Empfänger an beiden Seiten vorgesehen.

Claims (10)

1. Optische Raumüberwachungsvorrichtung, basierend auf Lichtübertragung über erste Lichtleitfasern (12), wobei Lichteinlässe der Fasern (12) in einer zweidimensionalen Matrix angeordnet sind, während Auslässe der Fasern (12) mit einer ersten Sensorzeile (20) verbunden sind, die parallel ausgelesen wird, und wobei jeder der Einlässe der zweidimensionalen Matrix von ersten Lichtleitfasern (12) mit einem getrennten Detektorelement der Sensorzeile (20) verbunden ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der Mikrolinsen (15) vor den Lichteinlässen angeordnet sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der Filter (17) vor den Lichteinlässen angeordnet sind, welche Filter (17) zum Dämpfen vorbestimmter Wellenlängenbereiche dienen.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der ein optisches Spektralzerlegungselement (40) zwischen den Lichtauslässen und den Sensoren angeordnet ist, um die Sensoren nur einem Teil des Lichtspektrums auszusetzen.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4 mit zweiten Lichtleitfasern (14), die neben den ersten Lichtleitfasern (12) angeordnet und direkt mit einem Sensor einer zweiten Sensorzeile (30) verbunden sind.

6. Verwendung der Vorrichtung nach Anspruch 1 für die Erfassung von einem strömenden Fluid ausgehender Strahlung.

7. Verwendung der Vorrichtung nach Anspruch 1 für die Erfassung von einem strömenden Fluid absorbierter Strahlung.

8. Verwendung der Vorrichtung nach Anspruch 1 für die Überwachung von einer Flamme ausgehender Strahlung.

9. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der in der Matrix Lichtausgänge zweiter Lichtleitfasern (14) angeordnet sind, wobei Lichteingänge der zweiten Fasern (14) an eine Lichtquelle (50) gekoppelt sind.

10. Verwendung der Vorrichtung nach Anspruch 9 derart, daß zwei solcher identischer Vorrichtungen an einer von einem Fluid durchströmten Kanal angeordnet sind, welche Vorrichtungen einander zugekehrt sind.