RU2137047C1 - Flame remote monitoring device - Google Patents

Flame remote monitoring device Download PDF

Info

Publication number
RU2137047C1
RU2137047C1 RU97118928/06A RU97118928A RU2137047C1 RU 2137047 C1 RU2137047 C1 RU 2137047C1 RU 97118928/06 A RU97118928/06 A RU 97118928/06A RU 97118928 A RU97118928 A RU 97118928A RU 2137047 C1 RU2137047 C1 RU 2137047C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
filter
unit
spectral
flame
movable
Prior art date
Application number
RU97118928/06A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU97118928A (en
Inventor
В.Д. Анцыгин
С.М. Борзов
В.И. Козик
О.И. Потатуркин
Л.В. Финогенов
Н.Н. Шушков
Original Assignee
Институт автоматики и электрометрии СО РАН
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Институт автоматики и электрометрии СО РАН filed Critical Институт автоматики и электрометрии СО РАН
Priority to RU97118928/06A priority Critical patent/RU2137047C1/en
Publication of RU97118928A publication Critical patent/RU97118928A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2137047C1 publication Critical patent/RU2137047C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Control Of Combustion (AREA)

Abstract

FIELD: thermal power stations and boiler units burning gaseous and liquid fuels; environment pollution control. SUBSTANCE: device has projection unit, flame radiation spectral component separation unit, and photodetector unit, as well as conversion and man- computer communication unit. Mounted in flame radiation spectral component separation unit is movable multiple-slot spectral filter whose displacement distance ensures alignment of lower boundary of transparent slot of movable filter on short wavelength side with upper boundary transparent slot of fixed filter as well as alignment of upper boundary of transparent slot of movable filter with lower boundary of transparent slot of fixed filter; in addition, movable filter is coupled with displacement unit which is connected through matching amplifier and digital-to-analog converter to conversion and man-computer communication unit. EFFECT: enlarged functional capabilities and improved reliability of selective flame monitoring. 1 cl, 3 dwg

Description

Устройство относится к теплоэнергетике, а именно к устройствам автоматического контроля пламени горелок различных теплоагрегатов, и может быть использовано на тепловых электростанциях и на котельных установках, работающих на газообразном и жидком топливе, а также а области экологического мониторинга. The device relates to a power system, and in particular to devices for automatic control of the flame of burners of various heat generating units, and can be used in thermal power plants and boiler plants operating on gaseous and liquid fuels, as well as in the field of environmental monitoring.

Известно устройство [1] для контроля пламени, содержащее проекционное устройство, светоделитель, разделяющий пучок излучения, идущий от пламени, на два отдельных пучка, и два приемника излучения. Первый приемник регистрирует ИК-компоненты одного пучка, а второй приемник регистрирует УФ-компоненты другого пучка. Приемники могут передавать аналоговый сигнал, характеризующий частоту мерцания ИК-компоненты, и цифровой сигнал, характеризующий общую энергию УФ-компоненты, на процессор. Процессор принимает решение о состоянии пламени. A device [1] for controlling a flame is known, comprising a projection device, a beam splitter separating the radiation beam coming from the flame into two separate beams, and two radiation receivers. The first receiver detects the infrared components of one beam, and the second receiver detects the UV components of another beam. The receivers can transmit an analog signal characterizing the flicker frequency of the IR component and a digital signal characterizing the total energy of the UV component to the processor. The processor decides on the state of the flame.

Недостатком данного устройства является низкая надежность селективного контроля факела одного горелочного устройства в случае одновременной работы нескольких горелок из-за нестабильного положения точки визирования контролирующего устройства, зависящей от влияния факелов соседних горелок. Кроме того, данное устройство не может быть использовано для одновременного селективного контроля факелов нескольких горелок, так как применение двух одиночных фотоприемников не обеспечивает разделение информации от нескольких горелочных устройств. The disadvantage of this device is the low reliability of the selective control of the torch of one burner device in case of simultaneous operation of several burners due to the unstable position of the sighting point of the control device, depending on the effect of torches of neighboring burners. In addition, this device cannot be used for simultaneous selective control of the torches of several burners, since the use of two single photodetectors does not provide the separation of information from several burner devices.

Известны также способ и устройство обнаружения контроля пламени [2]. Способ включает регистрацию излучения пламени в двух фиксированных диапазонах и измерение отношения интенсивностей в этих диапазонах. Устройство содержит проекционный блок, блок выделения спектральных составляющих излучения пламени, фотоприемный блок, блоки сравнения индикации и поджига. Блок выделения спектральных составляющих излучения пламени выполнен в виде дихроичного разделителя пучков, а фотоприемный блок включает два единичных фотодиода. В рассматриваемом устройстве измеряют отношение интенсивностей излучения длины волны в области 470 - 530 нм и длины волны порядка 670 нм. Значение такого отношения от 0,1 до 1,0 означает наличие пламени; если отношение находится вне этих пределов, пламя отсутствует, и подается сигнал на блок поджига. Also known is a method and device for detecting flame control [2]. The method includes recording flame radiation in two fixed ranges and measuring the intensity ratio in these ranges. The device comprises a projection unit, a unit for isolating the spectral components of the flame radiation, a photodetector unit, display and ignition comparison units. The unit for isolating the spectral components of the flame radiation is made in the form of a dichroic beam splitter, and the photodetector unit includes two single photodiodes. In the device under consideration, the ratio of the intensities of the radiation of the wavelength in the range 470 - 530 nm and a wavelength of about 670 nm is measured. The value of this ratio from 0.1 to 1.0 means the presence of flame; if the ratio is outside these limits, there is no flame, and a signal is supplied to the ignition unit.

Недостатком данного устройства является отсутствие возможности селективного контроля одновременно нескольких горелок из-за использования одиночных фотоприемников, которые регистрируют интенсивность общего пламени в определенных спектральных диапазонах. На фоне сильного сигнала от общего пламени селективный контроль одиночного факела будет ненадежным. Кроме того, при использовании одиночных фотоприемников отсутствует возможность анализа пространственного распределения параметров пламени, который может повысить надежность селективного контроля факелов горелок. В рассмотренном устройстве осуществляется регистрация информации только в двух спектральных диапазонах, в то время как спектральный состав излучения пламени при горении углеводородных топлив имеет большее число характерных спектральных диапазонов, одновременная работа в которых также повышает надежность контроля. The disadvantage of this device is the inability to selectively control several burners at the same time due to the use of single photodetectors, which record the total flame intensity in certain spectral ranges. Against the background of a strong signal from a common flame, selective control of a single torch will be unreliable. In addition, when using single photodetectors, it is not possible to analyze the spatial distribution of flame parameters, which can increase the reliability of the selective control of torch torches. In the considered device, information is recorded only in two spectral ranges, while the spectral composition of flame radiation during the combustion of hydrocarbon fuels has a larger number of characteristic spectral ranges, the simultaneous operation of which also increases the reliability of control.

Наиболее близким к предлагаемому устройству по совокупности существенных признаков и решаемой задаче является устройство контроля пламени [3], обеспечивающее регистрацию излучения пламени в нескольких спектральных диапазонах. Устройство содержит проекционный блок, блок выделения спектральных составляющих излучения пламени, фотоприемный блок и блок преобразования и связи с ЭВМ. Блок выделения спектральных составляющих излучения пламени выполнен из последовательно расположенных на оптической оси диспергирующего элемента, телескопической системы с многощелевым спектральным фильтром и многоканальным отклоняющим элементом, а фотоприемный блок содержит линейный многоэлементный фотоприемник. В рассматриваемом устройстве измеряют отношение интенсивностей излучения в ряде диапазонов коротковолновой области спектра (400 - 600 нм) и в красной области (порядка 670 нм). Устройство обеспечивает селективное определение режимов работы каждой горелки энергоблока (работа запального устройства, нестационарное горение, стационарное горение, отсутствие пламени). The closest to the proposed device for the combination of essential features and the problem to be solved is a flame monitoring device [3], which provides registration of flame radiation in several spectral ranges. The device comprises a projection unit, a unit for extracting spectral components of flame radiation, a photodetector unit, and a computer conversion and communication unit. The unit for isolating the spectral components of flame radiation is made up of a dispersing element sequentially located on the optical axis, a telescopic system with a multi-slot spectral filter and a multi-channel deflecting element, and the photodetector unit contains a linear multi-element photodetector. In the device under consideration, the ratio of the radiation intensities is measured in a number of short-wavelength spectral ranges (400 - 600 nm) and in the red region (about 670 nm). The device provides a selective determination of the operating modes of each burner of the power unit (operation of the ignition device, unsteady combustion, stationary combustion, lack of flame).

Недостатком данного устройства является недостаточно высокая надежность селективного контроля режимов работы горелок и отсутствие возможности определения эффективности сжигания топлива (недожог/пережог), так как интенсивности излучения в диапазонах коротковолновой области спектра нормируются на интенсивность излучения в красной области, которая в свою очередь определяется не только режимом горения, но и такими параметрами, как состав газового топлива, влажность воздуха и степень перемешивания газовоздушной смеси, в то время как использование в качестве опорных значений интенсивности излучения непосредственно вблизи линий излучения радикалов позволяет повысить надежность селективного контроля режимов работы горелок и осуществить определение эффективности сжигания топлива [4]. The disadvantage of this device is the insufficiently high reliability of the selective control of burner operating modes and the inability to determine the efficiency of fuel combustion (underburning / burnout), since the radiation intensities in the short-wave spectral ranges are normalized to the radiation intensity in the red region, which in turn is determined not only by the mode combustion, but also by such parameters as the composition of the gas fuel, air humidity and the degree of mixing of the gas-air mixture, while olzovanie as reference radiation intensity values immediately adjacent radicals emission lines can improve reliability selective control modes of operation and implement the burners determining fuel efficiency [4].

Заявляемое устройство контроля пламени обеспечивает расширение функциональных возможностей устройства и повышение надежности селективного контроля пламени. The inventive flame control device provides an extension of the functionality of the device and an increase in the reliability of selective flame control.

Предложенное устройство содержит последовательно расположенные на оптической оси проекционный блок, блок выделения спектральных составляющих излучения пламени и фотоприемный блок, а также блок преобразования и связи с электронно-вычислительной машиной. В блоке выделения спектральных составляющих излучения пламени параллельно неподвижному многощелевому спектральному фильтру установлен подвижный многощелевой спектральный фильтр, причем диапазон перемещения подвижного фильтра обеспечивает совмещение нижней границы (со стороны коротких длин волн) прозрачной щели подвижного фильтра с верхней границей прозрачной щели неподвижного фильтра и верхней границы прозрачной щели подвижного фильтра с нижней границей прозрачной щели неподвижного фильтра, кроме того, подвижный фильтр соединен с узлом перемещения, который подключен через согласующий усилитель и цифроаналоговый преобразователь к блоку преобразования и связи с электронно-вычислительной машиной. The proposed device comprises a projection unit sequentially located on the optical axis, a unit for isolating the spectral components of the flame radiation and a photodetector unit, as well as a conversion and communication unit with an electronic computer. In the block for isolating the spectral components of the flame radiation, a movable multi-slit spectral filter is installed parallel to the stationary multi-slit spectral filter, and the range of movement of the moving filter ensures that the lower boundary (on the short wavelength side) of the transparent slit of the movable filter is combined with the upper boundary of the transparent slit of the fixed filter and the upper boundary of the transparent slit a movable filter with a lower boundary of the transparent slit of the fixed filter, in addition, the movable filter is connected to a moving unit which is connected via a matching amplifier and a digital to analog converter to convert unit and an electronic computing machine.

Новыми признаками являются: введение в блоке выделения спектральных составляющих излучения пламени параллельно неподвижному многощелевому спектральному фильтру подвижного многощелевого спектрального фильтра, а кроме того, подвижный фильтр соединен с узлом перемещения, который подключен через согласующий усилитель и цифроаналоговый преобразователь к блоку преобразования и связи с электронно-вычислительной машиной. New features are: the introduction of a movable multi-slot spectral filter in parallel with the stationary multi-slit spectral filter in the block for isolating the spectral components of flame radiation, and in addition, the movable filter is connected to a displacement unit, which is connected via a matching amplifier and digital-to-analog converter to the conversion and communication unit with an electronic computer by car.

На фиг. 1, а, б представлено схематическое изображение предлагаемого устройства селективного контроля пламени (1,а - вид сбоку, 1,б - вид сверху; здесь узел перемещения, согласующий усилитель, цифроаналоговый преобразователь и блок преобразования и связи с ЭВМ не показаны. In FIG. 1, a, b shows a schematic representation of the proposed device for selective flame control (1, a is a side view, 1, b is a top view; here the displacement unit, matching amplifier, digital-to-analog converter, and computer conversion and communication unit are not shown.

Предлагаемое устройство состоит из последовательно расположенных на одной оптической оси проекционного блока 1, блока выделения спектральных составляющих излучения пламени 2, фотоприемного блока 3. К выходу фотоприемного блока 3 подключен блок 4 преобразования и связи с ЭВМ. В свою очередь блок выделения спектральных составляющих излучения пламени 2 состоит из последовательно расположенных на оптической оси диспергирующего элемента 5 и телескопической системы 6 с подвижным 7 и неподвижным 8 спектральными фильтрами и многоканальным отклоняющим элементом 9, установленными в плоскости фокусировки освещающего пучка первым объективом телескопической системы 6. Причем спектральные фильтры 7 и 8 выполнены в виде М щелей, многоканальный отклоняющий элемент 9 состоит соответственно из М секций, а подвижный спектральный фильтр 7 соединен с узлом перемещения 10, который подключен через согласующий усилитель 11 и цифроаналоговый преобразователь 12 к блоку 4 преобразования и связи с ЭВМ. В состав фотоприемного блока 3 входит линейный многоэлементный фотоприемник (ЛМФ) 13, строка фоточувствительных элементов которого располагается в фокальной плоскости второго объектива телескопической системы 6 параллельно рядам щелей фильтров 7 и 8. The proposed device consists of sequentially located on the same optical axis of the projection unit 1, the unit for extracting the spectral components of the radiation of the flame 2, the photodetector unit 3. The conversion and communication unit 4 is connected to the output of the photodetector unit 3. In turn, the unit for isolating the spectral components of the radiation of flame 2 consists of sequentially located on the optical axis of the dispersing element 5 and a telescopic system 6 with a movable 7 and a fixed 8 spectral filters and a multi-channel deflecting element 9 installed in the focus plane of the illuminating beam by the first lens of the telescopic system 6. Moreover, the spectral filters 7 and 8 are made in the form of M slots, the multi-channel deflecting element 9 consists of M sections, respectively, and the mobile spectrum The filter 7 is connected to the displacement assembly 10, which is connected through a matching amplifier 11 and a digital-to-analog converter 12 to the conversion and communication unit 4 of the computer. The photodetector unit 3 includes a linear multi-element photodetector (LMF) 13, the line of photosensitive elements of which is located in the focal plane of the second lens of the telescopic system 6 parallel to the rows of filter slots 7 and 8.

Предлагаемое устройство работает следующим образом. Изображение ряда N горелок 14 проекционным блоком 1 отображается в плоскость диспергирующего элемента 5 блока 2 выделения спектральных составляющих излучения пламени, на котором производится отклонение световых пучков на различные углы в зависимости от длины волны излучения. В качестве диспергирующего элемента 5 может быть использована, например, дифракционная решетка или призма. Телескопическая система 6 осуществляет проективное сопряжение плоскости диспергирующего элемента 5 и приемной плоскости ЛМФ 13. При этом первый объектив телескопической системы 6 блока 2 выполняет преобразование Фурье входного изображения, так что световое распределение в плоскости фокусировки освещающего пучка первым объективом телескопической системы 6 представляет собой композицию сдвинутых друг относительно друга (в зависимости от длины волны излучения) и располагающихся параллельно ряду горелок пространственных спектров Фурье изображений факелов горелок. The proposed device operates as follows. The image of the row N of burners 14 by the projection unit 1 is displayed on the plane of the dispersing element 5 of the unit 2 for separating the spectral components of the flame radiation, at which the light beams are deflected at different angles depending on the radiation wavelength. As the dispersing element 5, for example, a diffraction grating or a prism can be used. The telescopic system 6 projectively conjugates the plane of the dispersing element 5 and the receiving plane of the LMF 13. The first lens of the telescopic system 6 of unit 2 performs the Fourier transform of the input image, so that the light distribution in the focus plane of the illuminating beam by the first lens of the telescopic system 6 is a composition of shifted friend relative to each other (depending on the radiation wavelength) and spatial Fourier spectra located parallel to the series of burners The image torch burners.

Как показали последние исследования [4], повысить надежность селективного контроля режимов работы горелок и осуществить определение эффективности сжигания топлива можно за счет использования в качестве опорных значений интенсивности излучения в спектральных областях непосредственно вблизи полос излучения радикалов. Однако такой подход требует практически удвоения числа каналов, что в свою очередь приводит к потере пространственного разрешения. С целью создания опорных каналов без потери пространственного разрешения в предлагаемом устройстве вводится дополнительный подвижный фильтр, а считывание проводится в два такта: сначала определяется интенсивность излучения радикалов, затем подвижный фильтр сдвигается и определяются интенсивности излучения в спектральных полосах вблизи полос излучения радикалов. Такой подход дополнительно обеспечивает возможность оперативного согласования интенсивностей излучения в спектральных полосах излучения радикалов и опорных спектральных полосах изменением диапазона перемещения подвижного фильтра. As recent studies have shown [4], it is possible to increase the reliability of the selective control of burner operating modes and determine the efficiency of fuel combustion by using radiation intensities in the spectral regions directly near the radiation bands as reference values. However, this approach requires almost doubling the number of channels, which in turn leads to a loss of spatial resolution. In order to create reference channels without loss of spatial resolution, an additional movable filter is introduced in the proposed device, and the reading is carried out in two cycles: first, the radiation intensity of the radicals is determined, then the movable filter is shifted and the radiation intensities in the spectral bands near the radiation bands of the radicals are determined. This approach additionally provides the possibility of operational coordination of radiation intensities in the spectral bands of the radiation of radicals and the reference spectral bands by changing the range of movement of the moving filter.

Для реализации этого спектральные фильтры 7 и 8 изготавливают следующим образом. Неподвижный 7 и подвижный 8 спектральные фильтры имеют по М щелей, где М - количество анализируемых полос излучения радикалов. Размеры щелей dmст неподвижного спектрального фильтра 8 выбираются из тех соображений, чтобы они пропускали спектральную полосу излучения от границы излучения конкретного радикала (CH или C2) с захватом в несколько раз большего диапазона в противоположную сторону до конца опорной полосы излучения (например, от длинноволновой границы излучения радикала в сторону более коротких волн до коротковолновой границы опорной полосы излучения).To implement this, spectral filters 7 and 8 are made as follows. Fixed 7 and moving 8 spectral filters have M slots, where M is the number of radical emission bands analyzed. The dimensions of the slits d m st of the stationary spectral filter 8 are selected from those considerations that they let the spectral band of radiation pass from the radiation border of a specific radical (CH or C 2 ) with capture of a several times larger range in the opposite direction to the end of the reference radiation band (for example, the long-wavelength boundary of the radiation of the radical towards shorter waves to the short-wavelength boundary of the reference radiation band).

d ст m = D•Δλm/(λmaxmin),
где D - общая апертура фильтра, m - номер спектральной полосы, соответствующей излучению конкретного радикала, Δλm - полная ширина m-той спектральной полосы излучения (от длинноволновой границы излучения радикала до коротковолновой границы опорной полосы излучения) λmax и λmin - значения максимальной и минимальной длин волн излучения.
d st m = D • Δλ m / (λ maxmin ),
where D is the total filter aperture, m is the number of the spectral band corresponding to the radiation of a specific radical, Δλ m is the total width of the m-th spectral band of radiation (from the long-wavelength border of the radiation of the radical to the short-wavelength border of the reference radiation band) λ max and λ min are the maximum and minimum radiation wavelengths.

Размеры щелей dm0 подвижного фильтра определяются ширинами спектральных полос опорных сигналов
d 0 m ≥ D•Δλ 0 m /(λmaxmin),
где Δλ 0 m - ширина m-той спектральной полосы опорного сигнала. Взаимное расположение подвижного 7 и неподвижного 8 фильтров показано на фиг. 2.
The dimensions of the slots d m 0 of the movable filter are determined by the widths of the spectral bands of the reference signals
d 0 m ≥ D • Δλ 0 m / (λ maxmin ),
where Δλ 0 m - the width of the m-th spectral band of the reference signal. The relative position of the movable 7 and the stationary 8 filters is shown in FIG. 2.

Сначала от ЭВМ через, цифроаналоговый преобразователь 12, согласующий усилитель 11 на узел перемещения 10 подается управляющий сигнал, под действием которого подвижный фильтр устанавливается таким образом, чтобы расстояние от нижних границ его прозрачных щелей (со стороны коротких длин волн) до верхних границ прозрачных щелей неподвижного фильтра составляло dm1, где dm1 определяется из соотношения
d 1 m = D•Δλ 1 m /(λmaxmin),
а Δλ 1 m - ширина m-той выделяемой спектральной полосы изучения радикала. Значение величины dm1 определяется цифровым сигналом, заданным от ЭВМ через блок преобразования и связи 4, и преобразованным в аналоговый сигнал с помощью цифро-аналогового преобразователя 12. Согласующий усилитель 11 обеспечивает необходимый уровень сигнала для управления узлом перемещения 10. Изменение величины dm1 приводит к изменению ширин выделяемых спектральных полос излучения радикалов что, в свою очередь, обеспечивает оперативное управление уровнем световой энергии на выходе спектральных фильтров.
First, from the computer, through a digital-to-analog converter 12, a matching amplifier 11, a control signal is supplied to the displacement unit 10, by which the movable filter is set so that the distance from the lower boundaries of its transparent slots (from the side of short wavelengths) to the upper boundaries of the transparent slots of the stationary the filter was d m 1 , where d m 1 is determined from the ratio
d 1 m = D • Δλ 1 m / (λ maxmin ),
and Δλ 1 m - the width of the mth selected spectral band of the radical study. The value of d m 1 is determined by the digital signal given from the computer through the conversion and communication unit 4 and converted into an analog signal using a digital-to-analog converter 12. The matching amplifier 11 provides the necessary signal level for controlling the displacement unit 10. Changing the value of d m 1 leads to a change in the width of the emitted spectral bands of the radiation of radicals, which, in turn, provides operational control of the level of light energy at the output of the spectral filters.

Световые пучки, прошедшие через щели спектральных фильтров 7 и 8, отклоняются многоканальным отклоняющим элементом 9 блока 2 и передаются в плоскость ЛМФ 13 фотоприемного блока 3 посредством второго объектива телескопической системы 6. Многоканальный отклоняющий элемент 9 может быть выполнен из набора последовательно расположенных треугольных призм с различным углом при вершине. В качестве ЛМФ 13 может использоваться фотодиодная линейка, работающая в режиме накопления сигнала, ФУК1Л2 [5]. Коэффициент k увеличения телескопической системы 6 определяется величиной
k = L/m • l,
где L - длина ЛМФ 13, m - число щелей спектральных фильтров 7 и 8, а l - размер изображения горизонтального ряда горелок 14 во входной плоскости телескопической системы 6. Углы отклонения многоканального отклоняющего элемента 9 выбираются из такого расчета, чтобы в каждом последующем канале изображения горелок в плоскости ЛМФ 13 в горизонтальном направлении были сдвинуты на величину L/M, равную размеру этого изображения. Для этого угол отклонения m-го элемента выбирается равным
α = arctg[L(M-2m+1)/2•M•f],
где m = 1,2,...M.
The light beams passing through the slots of the spectral filters 7 and 8 are deflected by the multi-channel deflecting element 9 of block 2 and transmitted to the plane of the LMF 13 of the photodetector block 3 by means of a second lens of the telescopic system 6. The multi-channel deflecting element 9 can be made of a set of successive triangular prisms with different angle at the apex. As the LMF 13, a photodiode array operating in the signal accumulation mode, FUK1L2, can be used [5]. The magnification coefficient k of the telescopic system 6 is determined by
k = L / m • l,
where L is the length of the LMF 13, m is the number of slots of the spectral filters 7 and 8, and l is the image size of the horizontal row of burners 14 in the input plane of the telescopic system 6. The deflection angles of the multichannel deflecting element 9 are selected from such a calculation that in each subsequent image channel the burners in the plane of the LMF 13 in the horizontal direction were shifted by L / M equal to the size of this image. For this, the deviation angle of the mth element is chosen equal to
α = arctan [L (M-2m + 1) / 2 • M • f],
where m = 1,2, ... M.

По другой координате изображение горелок из плоскости диспергирующего элемента 6 также переносится телескопической системой в плоскость ЛМФ 13 (фиг. 1, б). ЛМФ 13 производит интегрирование падающего светового потока в направлении, перпендикулярном направлению ряда горелок 14, для чего используется фотоприемник с протяженными по этому направлению элементами. Дополнительное интегрирование может быть выполнено посредством использования в составе фотоприемного блока 3 фокона или анаморфотной оптики, обеспечивающей интегрирование световых пучков в направлении, перпендикулярном ряду горелок 14 (по аналогии с [3]). In a different coordinate, the image of the burners from the plane of the dispersing element 6 is also transferred by the telescopic system to the plane of the LMF 13 (Fig. 1, b). The LMF 13 integrates the incident light flux in the direction perpendicular to the direction of the row of burners 14, for which a photodetector with elements extended along this direction is used. Additional integration can be performed by using a focon or anamorphic optics as part of the photodetector unit 3, which integrates light beams in the direction perpendicular to the row of burners 14 (by analogy with [3]).

После регистрации светового распределения на ЛМФ 13 осуществляется его считывание. В блоке 4 преобразования и связи с ЭВМ выходной сигнал с фотоприемного блока 3 подвергается преобразованию из аналоговой формы в цифровую и передается в ЭВМ. After registering the light distribution on the LMF 13, it is read. In block 4 of the conversion and communication with the computer, the output signal from the photodetector block 3 is converted from analog to digital and transmitted to the computer.

После того, как осуществлены ввод и запоминание данных в ЭВМ, производится сдвиг подвижного спектрального фильтра в направлении, перпендикулярном ориентации щелей на величину dед, определяемую с одной стороны из условия dед ≥ dmax0, где dmax0 - ширина щели, соответствующая максимальному размеру опорной полосы излучения Δλ 0 max (что обеспечивает экранирование спектральных полос излучения радикалов), а с другой - требуемой величиной опорного сигнала (для полного пропускания опорных спектральных полос изучения эта величина составит (dmст-dm1)min, а при дальнейшем сдвиге величины опорных сигналов уменьшаются). Таким образом, изменением величины сдвига в одну или другую сторону реализуется регулировка соотношения интенсивностей спектральных полос радикалов и опорных спектральных полос. При значениях параметров λmax = 0,9 мкм, λmin = 0,4 мкм, D = 20 мм, Δλ 0 max ≅ 50 нм и Δλср ≅ 10 нм (где Δλср - средняя ширина полосы излучения радикалов) сдвиг фильтра составит 1 - 2 мм. После регистрации светового распределения на ЛМФ 13 осуществляется его считывание и ввод данных в ЭВМ аналогично первому такту, после чего подвижный спектральный фильтр 7 возвращается в исходное положение и процесс повторяется.After the data have been entered and stored in a computer, the movable spectral filter is shifted in the direction perpendicular to the orientation of the slots by d units , which is determined on the one hand from the condition d units ≥ d max 0 , where d max 0 is the slot width corresponding to the maximum size of the reference radiation band Δλ 0 max (which provides shielding of the spectral bands of the radiation of radicals), and on the other hand, the required value of the reference signal (for complete transmission of the reference spectral bands of the study, this value will be (d m st -d m 1 ) min , and with a further shift, the values of the reference signals decrease). Thus, by changing the magnitude of the shift in one or the other direction, the ratio of the intensities of the spectral bands of radicals and the reference spectral bands is adjusted. With parameter values λ max = 0.9 μm, λ min = 0.4 μm, D = 20 mm, Δλ 0 max ≅ 50 nm and Δλ cf ≅ 10 nm (where Δλ cf is the average width of the radical emission band) the filter shift will be 1 - 2 mm. After registering the light distribution on the LMF 13, it is read and data is input into the computer similarly to the first clock cycle, after which the movable spectral filter 7 returns to its original position and the process is repeated.

Световое распределение, считываемое линейным многоэлементным фотоприемником для последующего ввода данных в ЭВМ, представляет собой М одномерных изображений ряда горелок в М спектральных диапазонах. После двух тактов считывания в памяти ЭВМ регистрируются изображения ряда горелок в М спектральных диапазонах, соответствующих излучениям радикалов, и в М спектральных диапазонах, примыкающих к диапазонам излучения радикалов. Дальнейшая обработка порченных сигналов может выполняться в ЭВМ различными способами. The light distribution read by a linear multi-element photodetector for subsequent data input into a computer is M one-dimensional images of a number of burners in M spectral ranges. After two read cycles, images of a series of burners are recorded in the computer memory in the M spectral ranges corresponding to the radiations of the radicals and in the M spectral ranges adjacent to the ranges of the radiations of the radicals. Further processing of damaged signals can be performed in a computer in various ways.

Блок-схема одного из возможных алгоритмов обработки информации в ЭВМ приведена на фиг. 3. Внутри каждого спектрального диапазона проводится суммирование сигналов с элементов фотоприемника, соответствующих одной горелке, вычисляются суммарные сигналы

Figure 00000002

где i = 1, 2 - номер такта (1 соответствует считыванию излучения радикалов, 2 - считыванию опорных сигналов), n - номер горелки, m - номер спектрального диапазона, J - количество элементов фотоприемника на одну горелку, j - номер элемента фотоприемника внутри каждого спектрального диапазона (j ∈ [I,J]). Далее вычисляются разности суммарных сигналов для излучения каждого радикала и его окрестности для каждой горелки (т.е. определяется непосредственно вклад неравновесного излучения радикалов): amn = Imn,1 - Imn,2. Эта операция может выполняться как по всем спектральным диапазонам, так и по некоторой их выборке. Далее вычисляется отношение полученных разностей к опорным сигналам (интенсивность неравновесного излучения радикалов нормируется на величину фоновых сигналов): bmn = amn/Imn,2
и полученные коэффициенты сравниваются с допустимыми значениями (bmnmin, bmnmax), хранящимися в памяти ЭВМ. В случае, если эти коэффициенты превышают диапазон допустимых значений, горение идет с избытком воздуха и следует указание убавить подачу воздуха. В случае, если эти коэффициенты ниже диапазона допустимых значений, горение идет с недостатком воздуха и следует указание увеличить подачу воздуха.A block diagram of one of the possible algorithms for processing information in a computer is shown in FIG. 3. Within each spectral range, the summation of the signals from the photodetector elements corresponding to one burner is carried out, the total signals are calculated
Figure 00000002

where i = 1, 2 is the cycle number (1 corresponds to the reading of the radiation of radicals, 2 to the reading of the reference signals), n is the number of the burner, m is the number of the spectral range, J is the number of photodetector elements per burner, j is the number of the photodetector element inside each spectral range (j ∈ [I, J]). Next, the differences of the total signals for the radiation of each radical and its surroundings for each burner are calculated (i.e., the contribution of the nonequilibrium radiation of the radicals is determined directly): a m n = I m n, 1 - I m n, 2 . This operation can be performed both over all spectral ranges and over some of their samples. Next, the ratio of the differences obtained to the reference signals is calculated (the intensity of the nonequilibrium radiation of the radicals is normalized to the value of the background signals): b m n = a m n / I m n, 2
and the obtained coefficients are compared with acceptable values (b m n min , b m n max ) stored in the computer memory. In the event that these coefficients exceed the range of permissible values, combustion is carried out with excess air and an indication should be given to reduce the air supply. If these coefficients are below the range of acceptable values, the combustion occurs with a lack of air and an indication should be given to increase the air supply.

Фотоприемный блок 3 может быть выполнен, например, по аналогии с [3]. The photodetector unit 3 can be performed, for example, by analogy with [3].

Блок преобразования и связи 4 может быть реализован в составе одного из стандартных интерфейсов, обеспечивающих программный обмен информацией с ЭВМ по стандартным протоколам обмена [6], [7]. Пример технической реализации блока 4 преобразования и связи с ЭВМ приведен в [8]. The conversion and communication unit 4 can be implemented as part of one of the standard interfaces that provide programmatic information exchange with computers using standard exchange protocols [6], [7]. An example of the technical implementation of block 4 conversion and communication with a computer is given in [8].

В качестве цифроаналогового преобразователя 11 можно использовать микросхему КМ 1118 ПА2 [9]. As a digital-to-analog Converter 11, you can use the chip KM 1118 PA2 [9].

В качестве согласующего усилителя, например, можно использовать усилитель, представленный в работе [10]. As a matching amplifier, for example, one can use the amplifier presented in [10].

В качестве узла перемещения можно использовать соленоид постоянного тока с втягивающим якорем [11]. As a displacement unit, a direct current solenoid with a retracting armature can be used [11].

Литература
1. Патент Великобритании 2188416, G 01 J 5/10, G 08 B 17/12.
Literature
1. UK patent 2188416, G 01 J 5/10, G 08 B 17/12.

2. Патент Франции 2654509, G 01 J 5/60. 2. French patent 2654509, G 01 J 5/60.

3. Патент России 2072480, F 23 N 5/08. 3. Patent of Russia 2072480, F 23 N 5/08.

4. Анцыгин В.Д., Борзов С.М., Потатуркин О.И., Шушков Н.Н. Трансформация спектральных свойств углеводородного пламени при изменении режима горения. //Автометрия, 1997, N6, стр. 9-14. 4. Antsygin V.D., Borzov S.M., Potaturkin O.I., Shushkov N.N. Transformation of the spectral properties of a hydrocarbon flame with a change in the combustion mode. // Autometry, 1997, N6, pp. 9-14.

5. Многоэлементное фотоприемное устройство ФУК1Л2. - Технические условия ТФ3.974.061ТУ. 5. Multi-element photodetector FUK1L2. - Specifications TF3.974.061TU.

6. Мячев А. А., Степанов В. Н., Щербо В. К. Интерфейсы систем обработки данных. Справочник. - М.: Радио и связь, 1989, стр. 56-67. 6. Myachev A. A., Stepanov V. N., Scherbo V. K. Interfaces of data processing systems. Directory. - M.: Radio and Communications, 1989, pp. 56-67.

7. Морисита И. Аппаратные средства микроЭВМ. - М.: Мир, 1988, стр. 172-194. 7. Moricita I. Hardware microcomputers. - M.: Mir, 1988, pp. 172-194.

8. Дорожко Ю. А., Шпилевой Б. Н., Щупак О. С., Якушев А. К. Десятиразрядный АЦП в стандарте IBM PC. // Приборы и техника эксперимента, 1993, 1, стр. 241. 8. Dorozhko Yu. A., Shpileva B.N., Schupak O.S., Yakushev A.K. Ten-digit ADC in the standard IBM PC. // Instruments and experimental technique, 1993, 1, p. 241.

9. Марцинкявичюс А.-Й. К., Багданскис Э.-А. К. и др. Быстродействующие интегральные микросхемы ЦАП и АЦП и измерение их параметров. - М.: Радио и связь, 1988, стр. 37 - 56. 9. Martsinkevičius A.-J. K., Bagdanskis E.-A. K. and others. High-speed integrated circuits DAC and ADC and measurement of their parameters. - M .: Radio and communications, 1988, pp. 37 - 56.

10. Данилов А. А. Мощный масштабный усилитель постоянного тока. // Приборы и техника эксперимента, 1988,6, стр. 105. 10. Danilov A. A. Powerful large-scale DC amplifier. // Instruments and experimental technique, 1988.6, p. 105.

11. Емельянов Б. И., Емельянов В. А. Исполнительные устройства промышленных регуляторов. - М.: Машиностроение, 1975, стр. 120-129. 11. Emelyanov B. I., Emelyanov V. A. Executive devices of industrial regulators. - M.: Mechanical Engineering, 1975, pp. 120-129.

Claims (1)

Устройство дистанционного контроля пламени, содержащее последовательно расположенные вдоль оптической оси проекционный блок и блок выделения спектральных составляющих излучения пламени с многощелевым спектральным фильтром, связанный с фотоприемным блоком, соединенным через блок преобразования и связи с электронно-вычислительной машиной, отличающееся тем, что в блоке выделения спектральных составляющих излучения пламени параллельно неподвижному многощелевому спектральному фильтру установлен подвижный многощелевой спектральный фильтр, причем диапазон перемещения подвижного фильтра обеспечивает совмещение нижней границы (со стороны коротких длин волн) прозрачной щели подвижного фильтра с верхней границей прозрачной щели неподвижного фильтра и верхней границы прозрачной щели подвижного фильтра с нижней границей прозрачной щели неподвижного фильтра, кроме того, подвижный фильтр соединен с узлом перемещения, который подключен через согласующий усилитель и цифроаналоговый преобразователь к блоку преобразования и связи с электронно-вычислительной машиной. A remote flame control device comprising a projection unit and a unit for isolating the spectral components of flame radiation with a multi-slot spectral filter sequentially located along the optical axis, connected to a photodetector unit connected via a conversion and communication unit to an electronic computer, characterized in that in the spectral extraction unit of the components of the flame radiation parallel to the stationary multi-slit spectral filter, a movable multi-slit spectral filter is installed a filter, wherein the range of movement of the movable filter ensures that the lower boundary (on the short wavelength side) of the transparent slit of the movable filter is aligned with the upper boundary of the transparent slit of the fixed filter and the upper boundary of the transparent slit of the movable filter with the lower boundary of the transparent slit of the fixed filter, in addition, the movable filter is connected with a displacement unit, which is connected through a matching amplifier and a digital-to-analog converter to a conversion and communication unit with an electronic computer.
RU97118928/06A 1997-10-31 1997-10-31 Flame remote monitoring device RU2137047C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU97118928/06A RU2137047C1 (en) 1997-10-31 1997-10-31 Flame remote monitoring device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU97118928/06A RU2137047C1 (en) 1997-10-31 1997-10-31 Flame remote monitoring device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU97118928A RU97118928A (en) 1999-06-27
RU2137047C1 true RU2137047C1 (en) 1999-09-10

Family

ID=20198997

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU97118928/06A RU2137047C1 (en) 1997-10-31 1997-10-31 Flame remote monitoring device

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2137047C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2495270C1 (en) * 2012-05-23 2013-10-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения имени П.И. Баранова" Method of definition of supersonic ramjet fuel mix combustion efficiency

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2495270C1 (en) * 2012-05-23 2013-10-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения имени П.И. Баранова" Method of definition of supersonic ramjet fuel mix combustion efficiency

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7852475B2 (en) Scanning spectrometer with multiple photodetectors
EP0153139B1 (en) Broadband spectrometer with fiber optic reformattor
US4060327A (en) Wide band grating spectrometer
US4519707A (en) Multi-spectral target detection system with common collecting means
US8699024B2 (en) Tunable optical filter and spectrometer
US5424826A (en) Wideband optical micro-spectrometer system
US20050162655A1 (en) Method and apparatus for monitoring trace constituents in a fluid
US20070177145A1 (en) Optical spectrum analyzer
CN104729708A (en) Anastigmatic broadband spectrum detection grating spectrometer
US6804001B1 (en) Device for measuring spatial distribution of the spectral emission of an object
WO2002046709A3 (en) Compact littrow-type scanning spectrograph
CN101281061A (en) High resolution spectral measuring apparatus
RU2137047C1 (en) Flame remote monitoring device
CN201145614Y (en) High resolution spectral measuring apparatus
US5708504A (en) Interfering imaging spectrometer
CN2697644Y (en) Inductive coupling plasma spectrometer
US20150022810A1 (en) Spectrophotometer and image partial extraction device
RU2072480C1 (en) Flame check device
CN104698545B (en) A kind of optical filter and its implementation with spectrum analysis function
CN207181290U (en) A kind of spectroscopic system based on DLP technologies
CN105865626A (en) Hyperspectral imager based on rotary filter monochromator
JPS63263427A (en) Flame detector for gas turbine combustor
JPS60127427A (en) Flame detecting apparatus
CN109579992B (en) Multi-channel optical fiber spectrometer
WO2023139508A1 (en) Ribbon optics (ro) assembly for multi-channel optical configurations in spectroscopy instrumentation

Legal Events

Date Code Title Description
RH4A Copy of patent granted that was duplicated for the russian federation

Effective date: 20050309

QB4A Licence on use of patent

Effective date: 20061220

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20141101