專利名稱：一種紅外鍋爐火焰檢測(cè)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型是一種紅外鍋爐火焰檢測(cè)裝置。
鍋爐爐膛爆炸是一種鍋爐惡性事故，為此，大型鍋爐均應(yīng)配備鍋爐爐膛安全系統(tǒng)，而鍋爐火焰檢測(cè)是該安全系統(tǒng)中的核心，它類似于人的眼睛，監(jiān)視著爐膛的火焰。因此，鍋爐燃燒器火焰的正確檢測(cè)與否將直接影響到整套鍋爐安全監(jiān)控系統(tǒng)的動(dòng)作可靠性。在已有技術(shù)中，鍋爐火焰檢測(cè)器的種類較多，近些年來較常用的有離子式火焰檢測(cè)器、紫外線火焰檢測(cè)器和可見光火焰檢測(cè)器。離子式火焰檢測(cè)器是利用兩個(gè)電極伸進(jìn)燃燒器的燃燒區(qū)，通過燃燒時(shí)兩電極間產(chǎn)生的離子電流來判斷火焰的有無。它是一種接觸式火焰檢測(cè)器，存在著抗污染能力差，壽命短等缺點(diǎn)，有逐漸被淘汰的趨勢(shì)。紫外線火焰檢測(cè)器和可見光火焰檢測(cè)器都是屬于一種非接觸式光電火焰檢測(cè)器。紫外線火焰檢測(cè)器是利用紫外光敏電子管作為傳感器對(duì)燃燒器火焰根部的紫外光進(jìn)行感應(yīng)，由此來判斷火焰的有無。由于油霧和煤灰對(duì)紫外線都有強(qiáng)烈的吸收能力，因此紫外線火焰檢測(cè)器不適用于燃油和燃煤，只適用于燃?xì)?；再者，紫外光敏電子管在工作時(shí)需要加較高的偏置電壓，對(duì)環(huán)境溫度要求嚴(yán)格，因此限制了它的推廣應(yīng)用?？梢姽饣鹧鏅z測(cè)器是利用可見光敏半導(dǎo)體器件作為傳感器對(duì)火焰光譜中的可見光進(jìn)行感應(yīng)(工作波長范圍為0.3～1.1μm)，并從該感應(yīng)信號(hào)中對(duì)火焰的亮度和閃爍頻率進(jìn)行綜合分析來判斷火焰的有無。它適用于燃油、燃煤和燃?xì)獾幕鹧鏅z測(cè)。但是，它對(duì)具有多個(gè)燃燒器的大型鍋爐來說，其檢測(cè)效果較差，因?yàn)榇笮湾仩t各燃燒器分布距離較近，燃燒時(shí)整個(gè)爐膛亮成一片，無法對(duì)單個(gè)燃燒器進(jìn)行火焰檢測(cè)。再者，可見光的透射能力較差，容易受粉塵和煙霧的影響。綜上所述，目前國內(nèi)公開使用的這幾種火焰檢測(cè)器都有其不盡人意之處，還不能達(dá)到既燃料適用范圍較寬(燃油、燃煤和燃?xì)饩m用)、且又具有較高檢測(cè)性能的要求。
本實(shí)用新型的目的是針對(duì)已有技術(shù)中的不足，提供一種檢測(cè)性能高、燃料適用范圍寬和工作可靠的紅外鍋爐火焰檢測(cè)裝置。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型的解決方案如下它由導(dǎo)光管、固接在導(dǎo)光管尾端的紅外探頭和對(duì)紅外探頭輸出的信號(hào)進(jìn)行處理的主機(jī)組成；所述的紅外探頭的光譜響應(yīng)波長為700～3200nm；所述的主機(jī)至少包括依次連接的燃料火焰光響應(yīng)頻段選擇電路、前置放大電路、整形電路、整流濾波電路、電壓比較器電路、背景設(shè)置電路和火焰指示電路。
通過上述解決方案可以看出，本實(shí)用新型采用了一種紅外檢測(cè)方式，它利用導(dǎo)光管使探測(cè)器的視角始終對(duì)著被測(cè)燃燒器的著火區(qū)，這樣，紅外探頭就能準(zhǔn)確地感應(yīng)到被測(cè)燃燒器的熱輻射情況。在大型鍋燃燒時(shí)，各燃燒器著火與否，其各自的著火區(qū)熱輻射差異很大，紅外探頭正是對(duì)熱輻射溫度敏感的器件，只要它對(duì)準(zhǔn)被測(cè)燃燒器的著火區(qū)，就能感應(yīng)到這種差異，且不易受粉塵和煙霧的影響。同時(shí)，本實(shí)用新型還利用電路手段對(duì)燃燒器的火焰信號(hào)和爐膛背景火焰干擾作了區(qū)分和處理，在檢測(cè)中盡可能地消除爐膛背景火焰的干擾。因此，本檢測(cè)器在具有多個(gè)燃燒器的大型鍋爐中能有效地檢測(cè)到單個(gè)燃燒器的火焰情況。另外，本實(shí)用新型根據(jù)不同的燃料其火焰信號(hào)峰值頻率不同的特性，利用電路手段對(duì)燃油、燃煤和燃?xì)獾牟煌鹧婀忭憫?yīng)頻率進(jìn)行選通，使該火焰檢測(cè)器適用于這幾種燃料的火焰檢測(cè)。因此，本實(shí)用新型與已有技術(shù)相比具有檢測(cè)性能高、燃料適用范圍寬和工作可靠等優(yōu)點(diǎn)。
下面根據(jù)實(shí)施例詳細(xì)說明本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)和工作原理。


圖1、本實(shí)用新型的工作原理方框圖。
圖2、導(dǎo)光管結(jié)構(gòu)剖視圖。
圖3、檢測(cè)器的電路方框圖。
圖4、檢測(cè)器的電路原理圖。
圖5、檢測(cè)器中的火焰強(qiáng)度模擬顯示電路原理圖。
圖6、檢測(cè)器中的模擬信號(hào)輸出電路原理圖。
參見圖1，本檢測(cè)器在工作時(shí)，將導(dǎo)光管1設(shè)置在鍋爐火焰觀察窗口2的外面，其視角對(duì)準(zhǔn)燃燒器3的著火區(qū)，紅外探頭4安裝在導(dǎo)光管的尾部，紅外探頭輸出的信號(hào)通過電纜線傳送到主機(jī)5。
參見圖2，所述的導(dǎo)光管可以采用雙管式導(dǎo)光管，它由外套管6、同軸安裝外套管中的內(nèi)套管7、依次安裝在內(nèi)套管中的平鏡8、聚光透鏡9、光纖10和通過尾蓋11固聯(lián)在雙套管尾端的探頭連接件12組成。在外套管尾部設(shè)有一個(gè)入風(fēng)口6a，在其前端設(shè)有透光出風(fēng)孔6b，在內(nèi)、外套管之間的同軸安裝架上設(shè)有過風(fēng)孔7a；在內(nèi)套管的尾部設(shè)有多個(gè)入風(fēng)口7b，其前端設(shè)有透光出風(fēng)孔14a，在透鏡的安裝架13和平鏡的安裝架14上均設(shè)有過風(fēng)口13a、14b，并且過風(fēng)孔14b徑向或橫向設(shè)置，以便在冷卻風(fēng)通過時(shí)形成對(duì)平鏡面的吹掃。所述的探頭連接件12是一個(gè)前端封閉的T形管套，紅外探頭通過該管套聯(lián)結(jié)在光纖的尾端。當(dāng)該導(dǎo)光管對(duì)準(zhǔn)火焰時(shí)，火焰光從透光出風(fēng)孔6b射入，穿過平鏡8和聚光透鏡9到達(dá)光纖，并通過光纖傳導(dǎo)到探頭。在工作中，冷卻風(fēng)一直要通過入風(fēng)口6a鼓入導(dǎo)光管，進(jìn)入導(dǎo)光管的冷卻風(fēng)自然分成兩股，一股順著內(nèi)、外套管之間運(yùn)行，并從外套管前端的透光出風(fēng)孔流出，另一股進(jìn)入內(nèi)套管，順著內(nèi)套管與光纖之間運(yùn)行，并從內(nèi)套管前端的透光出風(fēng)孔流出，第一股冷卻風(fēng)可以大幅度降低管中的溫度，第二股冷卻風(fēng)可以形成對(duì)平鏡面的吹掃和進(jìn)一步降低光纖的溫度。該導(dǎo)光管具有耐熱性好、導(dǎo)光視角穩(wěn)定、工作可靠的優(yōu)點(diǎn)。所述的導(dǎo)光管也可以采用已有火焰檢測(cè)器常采用的單管式導(dǎo)光管。所述的紅外探頭采用一種國內(nèi)現(xiàn)有的硫化鉛紅外光敏探頭，該探頭主要由硫化鉛紅外光敏元件和電橋電路連接構(gòu)成；硫化鉛紅外光敏元件的紅外光譜響應(yīng)波長為700～3200nm，它屬于一種紅外光敏電阻，該紅外光敏電阻根據(jù)紅外光強(qiáng)度的不同輸出電阻阻值的變化量，該電阻的變化量又通過電橋電路轉(zhuǎn)換成電壓的變化量輸出。紅外探頭也可以采用一種現(xiàn)有的光譜響應(yīng)波長為700～3200nm的紅外光電池。
參見圖3，所述的主機(jī)至少包括頻段選擇電路15、前置放大器16、整形電路17、整流濾波電路18、比較器19、背景設(shè)置電路20和火焰指示電路21。不同燃料的火焰信號(hào)峰值頻率不同，燃煤的為20～50Hz，燃油的為40～70Hz，燃?xì)饣鹧娴臑?0～100Hz。因此，紅外探頭輸出的信號(hào)被送入主機(jī)后，本檢測(cè)器先用頻段選擇電路15對(duì)相應(yīng)燃料的頻段進(jìn)行選通，然后通過前置放大器16對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大，再通過整形電路17對(duì)信號(hào)進(jìn)行整形，去除信號(hào)電平上的毛刺，再利用整流濾波電路將交變的火焰電壓信號(hào)變?yōu)橹绷鞯幕鹧骐妷盒盘?hào)送入比較器的一個(gè)信號(hào)輸入端，比較器另一個(gè)信號(hào)輸入端輸入的是由背景設(shè)置電路給出的背景電壓，當(dāng)信號(hào)電壓高于背景電壓時(shí)，比較器輸出著火信號(hào)，則火焰指示電路相應(yīng)給出著火的燈光指示。根據(jù)爐膛完全燃燒時(shí)著火區(qū)的背景火焰閃爍不會(huì)超過2Hz這一情況，上述的濾波電路可將燃燒器火焰與爐膛背景火焰區(qū)分開，再者，通過背景設(shè)置電路適當(dāng)設(shè)定比較器的門坎電壓可進(jìn)一步消除爐膛背景火焰的干擾。
參見圖4，所述的頻段選擇電路15由不同容值的電容C1、C2和轉(zhuǎn)換開關(guān)k1、k2連接構(gòu)成，通過轉(zhuǎn)換開關(guān)進(jìn)行信號(hào)不同峰值頻率的選通。由運(yùn)放IC1、電阻R1～R3、電位器W1接成前置放大器16。由運(yùn)放IC2、電阻R4、R5和電容C4接成整形電路17，其輸入端的電容C3是耦合電容。整流濾波電路18由整流二極管D1、電阻R6、和濾波電容連接構(gòu)成。由運(yùn)放IC4和電阻R18、R11接成比較器19。由電阻R9、R10和電位器W2接成的分壓電路構(gòu)成所述的背景設(shè)置電路20。比較器的輸出端接一級(jí)繼電器J的驅(qū)動(dòng)器25，繼電器J的一個(gè)常開觸點(diǎn)J-1作為火焰指示電路21的開關(guān)。當(dāng)比較器輸入的電壓信號(hào)高于背景電路所設(shè)定的背景電壓時(shí)，比較器輸出高電平有效信號(hào)，則繼電器動(dòng)作，常開觸點(diǎn)J-1接通，則火焰指示燈26亮。
參見圖5、6，為了得知火焰的大小和為后續(xù)處理器提供模擬信號(hào)輸出，本檢測(cè)器可以設(shè)置火焰強(qiáng)度模擬顯示電路23和模擬信號(hào)輸出電路24，為驅(qū)動(dòng)這一級(jí)顯示電路和模擬信號(hào)輸出電路，在圖4中的整流濾波電路18和比較器19之間加一級(jí)驅(qū)動(dòng)器22，對(duì)信號(hào)的功率進(jìn)行放大，該驅(qū)動(dòng)器的輸出端分別通過A、B、C線送給火焰強(qiáng)度模擬顯示電路23、模擬信號(hào)輸出電路24和比較器19、。當(dāng)直流的火焰電壓信號(hào)通過電阻R19送入器件IC7的輸入端5腳后，器件IC7相應(yīng)驅(qū)動(dòng)顯示燈L1～L10，以L1至L10依次發(fā)亮的個(gè)數(shù)來顯示火焰的大小。模擬信號(hào)輸出電路24是一個(gè)轉(zhuǎn)換電路，它將驅(qū)動(dòng)器22輸出的直流電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成電流信號(hào)輸出。
權(quán)利要求1.一種紅外鍋爐火焰檢測(cè)裝置，其特征是a、它由導(dǎo)光管(1)、固接在導(dǎo)光管尾端的紅外探頭(4)和對(duì)紅外探頭輸出的信號(hào)進(jìn)行處理的主機(jī)(5)組成；b、所述的紅外探頭(2)的光譜響應(yīng)波長為700～3200nm；c、所述的主機(jī)(5)至少包括依次連接的燃料火焰光響應(yīng)頻段選擇電路(15)、前置放大電路(16)、整形電路(17)、整流濾波電路(18)、電壓比較器電路(19)、背景設(shè)置電路(20)和火焰指示電路(21)。
2.如權(quán)利要求1所述的紅外鍋爐火焰檢測(cè)裝置，其特征是所述的導(dǎo)光管(4)為雙管式導(dǎo)光管，它由外套管(6)、同軸安裝外套管中的內(nèi)套管(7)、依次安裝在內(nèi)套管中的平鏡(8)、聚光透鏡(9)、光纖(10)和通過尾蓋(11)固聯(lián)在雙套管尾端的探頭連接件(12)組成。在外套管尾部設(shè)有一個(gè)入風(fēng)口(6a)，在其前端設(shè)有透光出風(fēng)孔(6b)，在內(nèi)、外套管之間的同軸安裝架上設(shè)有過風(fēng)孔(7a)；在內(nèi)套管的尾部設(shè)有多個(gè)入風(fēng)口(7b)，其前端設(shè)有透光出風(fēng)孔(14a)，在透鏡的安裝架(13)和平鏡的安裝架(14)上均設(shè)有過風(fēng)口(13a)、(14b)，并且過風(fēng)孔(14b)徑向或橫向設(shè)置。
專利摘要本實(shí)用新型是一種紅外鍋爐火焰檢測(cè)裝置。它由導(dǎo)光管、固接在導(dǎo)光管尾端的紅外探頭和對(duì)紅外探頭輸出的信號(hào)進(jìn)行處理的主機(jī)組成;紅外探頭的光譜響應(yīng)波長為700～3200nm;主機(jī)中至少包括燃料火焰光響應(yīng)頻段選擇電路、前置放大電路、整形電路、整流濾波電路、比較器、背景設(shè)置電路和火焰指示電路。本檢測(cè)器在具有多個(gè)燃燒器的大型鍋爐中能有效地檢測(cè)到單個(gè)燃燒器的火焰情況,它具有檢測(cè)性能高、燃料適用范圍寬和工作可靠的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)G01N21/84GK2411479SQ9923477
公開日2000年12月20日 申請(qǐng)日期1999年7月8日 優(yōu)先權(quán)日1999年7月8日
發(fā)明者張永恒 申請(qǐng)人:西安華能電力測(cè)控工程有限公司