專利名稱：紫外線火焰監(jiān)測(cè)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種火焰監(jiān)測(cè)裝置，具體為一種紫外線火焰監(jiān)測(cè)裝置。
(二)技術(shù)背景火焰監(jiān)測(cè)裝置用途極為廣泛，如各種以燃?xì)?、油、煤粉為燃料的工業(yè)爐、冶金爐、鍋爐、裂解爐、焚燒爐、加熱爐等工業(yè)爐，石油化工行業(yè)的火矩以及火災(zāi)消防現(xiàn)場(chǎng)等，均需要通過監(jiān)測(cè)掌握火焰燃燒的詳細(xì)情況。這是提高生產(chǎn)效率和保證生產(chǎn)安全，防火災(zāi)之患于未然的必要手段。
傳統(tǒng)的火焰監(jiān)測(cè)裝置，如熱電偶、雙金屬或燈泡等，是通過監(jiān)測(cè)火焰燃燒過程中產(chǎn)生的熱來檢測(cè)火焰。這類溫度傳感元件反應(yīng)的時(shí)間以分鐘計(jì)。而現(xiàn)代的火焰監(jiān)測(cè)裝置要求火焰故障(如冒煙、熄滅、縮火及火災(zāi)發(fā)生等)的發(fā)現(xiàn)是以秒計(jì)時(shí)，以及時(shí)進(jìn)行相應(yīng)處理。
目前已有多種非接觸式火焰監(jiān)測(cè)裝置，主要可分為光學(xué)式和攝像式。攝像式的火焰監(jiān)測(cè)裝置是通過攝取火焰圖像，由計(jì)算機(jī)進(jìn)行圖像處理，判定火焰的穩(wěn)定性、形狀溫度等。雖然監(jiān)測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確，裝置復(fù)雜，價(jià)格昂貴，操作要求高，其應(yīng)用主要是在研究領(lǐng)域，難以在一般工作場(chǎng)合使用。
光學(xué)式火焰監(jiān)測(cè)裝置有監(jiān)測(cè)可見光、紅外光和紫外光的不同類型。工業(yè)爐有多個(gè)燃燒器形成多種火焰區(qū)域，各火焰區(qū)域間的可見光相互折射，且火焰周圍區(qū)域(如爐襯或金屬管道等)也可能因高溫發(fā)光。這些因素使可見光光敏元件為傳感器的火焰檢測(cè)裝置反應(yīng)滯后，且難以準(zhǔn)確反應(yīng)火焰燃燒狀態(tài)。
檢測(cè)火焰中的紅外線輻射，雖可以減少火焰區(qū)域以外可見光的干擾，但火焰周圍被加熱的爐襯等也在發(fā)出與火焰相當(dāng)?shù)膹?qiáng)紅外線。這使得紅外線傳感器的火焰檢測(cè)裝置更易受干擾，無法準(zhǔn)確反應(yīng)火焰燃燒狀態(tài)。
火焰中的紫外線輻射量與火焰燃燒強(qiáng)度成正比。對(duì)紫外線敏感的紫外線傳感器接收到紫外線輻射時(shí)，輸出與紫外線強(qiáng)度成正比的脈沖信號(hào)。國外的火焰監(jiān)測(cè)器大多采用此原理，檢測(cè)紫外線傳感器輸出的脈沖信號(hào)強(qiáng)弱來監(jiān)測(cè)火焰燃燒情況。其缺點(diǎn)為紫外線傳感器在接收紫外線的同時(shí)也會(huì)受到X射線、γ射線及強(qiáng)電磁場(chǎng)的干擾，引起誤動(dòng)作。一般是采用濾波、整形處理，這就降低了紫外線接收質(zhì)量，造成一般的紫外線火焰?zhèn)鞲衅髦荒芘袛嗷鹧嬗袩o，但不能真實(shí)反應(yīng)火焰的燃燒狀況。另一問題是紫外線傳感器長時(shí)間置于高溫區(qū)，易老化，壽命極短，僅6～8個(gè)月。因此多數(shù)此類火焰檢測(cè)器只能制成間隔采光，且是開短關(guān)長，如1～2秒開，30～60秒關(guān)。監(jiān)測(cè)器關(guān)閉期間無法反應(yīng)火焰燃燒發(fā)生變化，留下極大事故隱患。此外在高溫區(qū)傳感器的采光窗易積碳和結(jié)焦也影響其正常工作。
更重要的一點(diǎn)是，現(xiàn)有的火焰監(jiān)測(cè)裝置，在工作時(shí)需要靠近火焰，一般在1～3米內(nèi)，而裝置的防爆設(shè)計(jì)并不完善。這就使火焰監(jiān)測(cè)過程有不安全的因素存在。
(三)實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是設(shè)計(jì)一種可以遠(yuǎn)距離工作的紫外線火焰監(jiān)測(cè)裝置，具有良好的防爆性，能準(zhǔn)確、及時(shí)、靈活地監(jiān)測(cè)火焰燃燒狀態(tài)。
本實(shí)用新型設(shè)計(jì)的紫外線火焰監(jiān)測(cè)裝置包括信號(hào)采集器、紫外線傳感器、信號(hào)處理電路，信號(hào)采集器包括殼體，透鏡、環(huán)形蓋和底蓋。殼體為防爆圓筒體，其頂部固裝凸透鏡，環(huán)形蓋緊壓透鏡，環(huán)形蓋與殼體的嚙合面的截面曲線的長度大于20毫米，符合防爆要求。殼體內(nèi)固定傳感器電路板，其與透鏡的中心線相重合。傳感器電路板上有接收紫外線信號(hào)的傳感器及與之連接的預(yù)處理電路。殼體底蓋封閉殼體底部，殼體與底蓋的嚙合面的截面曲線的長度大于20毫米，符合防爆要求。底蓋上有防爆引線孔，傳感器電路板的輸出信號(hào)線從此孔引出。透鏡在信號(hào)采集器殼體頂部，將待測(cè)點(diǎn)火焰的紫外線聚光于傳感器上，傳感器接收紫外線信號(hào)并通過與之連接的電路將其轉(zhuǎn)換為電平信號(hào)輸出。
本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)為1、信號(hào)采集器按防爆標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，殼體的各個(gè)聯(lián)接處均有大于20毫米的防爆面，保證安全；2、信號(hào)采集是針對(duì)干擾少的火焰中的紫外線光信號(hào)，且經(jīng)透鏡聚集并由特制的紫外線傳感器接收，使本裝置靈敏度高，對(duì)火焰的監(jiān)測(cè)準(zhǔn)確及時(shí)；3、本裝置在距離現(xiàn)場(chǎng)600米處仍可工作，確保安全，更避免了紫外線傳感器在高溫下過快老化；4、信號(hào)采集器可在支撐架上旋轉(zhuǎn)，便于調(diào)節(jié)，瞄準(zhǔn)需要監(jiān)測(cè)的地點(diǎn)；5、信號(hào)采集器與信號(hào)變送器相連接，即可將傳感器輸出的紫外線的脈沖模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，與各種顯示裝置或控制裝置連接使用，便于本裝置的進(jìn)一步擴(kuò)展與升級(jí)；6、本裝置可靈活配置多種配件，適用于各種工業(yè)爐、火災(zāi)消防和火矩等不同環(huán)境的火焰監(jiān)測(cè)和調(diào)控；7、本裝置簡單小巧，成本低，適于在各種場(chǎng)合普及使用。


圖1為本實(shí)用新型紫外線火焰監(jiān)測(cè)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本實(shí)用新型紫外線火焰監(jiān)測(cè)裝置傳感器電路的框圖；圖3為本實(shí)用新型紫外線火焰監(jiān)測(cè)裝置信號(hào)變送器電路框圖；圖4為本實(shí)用新型紫外線火焰監(jiān)測(cè)裝置信號(hào)變送器結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為本實(shí)用新型紫外線火焰監(jiān)測(cè)裝置信號(hào)采集器配裝導(dǎo)光筒結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
如圖1所示，本紫外線火焰監(jiān)測(cè)裝置包括紫外線傳感器、信號(hào)采集器、信號(hào)處理電路，信號(hào)采集器包括殼體4，透鏡1、環(huán)形蓋2和底蓋8。殼體4為防爆圓筒體，其頂部有直徑小于殼體外徑圓柱形凸臺(tái)3，凸透鏡1卡在該凸臺(tái)3內(nèi)，凸臺(tái)3側(cè)面上有外螺紋，螺紋長度大于20毫米。環(huán)形蓋2的內(nèi)螺紋與凸臺(tái)3的外螺紋相配合，其內(nèi)螺紋長度大于20毫米、略小于凸臺(tái)3外螺紋長度。環(huán)形蓋2的內(nèi)孔直徑小于凸臺(tái)2內(nèi)徑。環(huán)形蓋2通過螺紋與凸臺(tái)3密封連接，壓緊透鏡1，環(huán)形蓋2與凸臺(tái)3的嚙合面的截面曲線的長度大于20毫米，符合防爆要求。殼體4底部外緣有長度大于20毫米的內(nèi)螺紋，底蓋8有與殼體4底部外螺紋相配合的外螺紋，底蓋8通過螺紋封閉殼體4底部，二者嚙合面的截面曲線的長度大于20毫米，符合防爆要求。傳感器電路板5固裝于底蓋8內(nèi)面，其上的傳感器的中心與透鏡1的中心線相重合。傳感器電路板5上有接收紫外線信號(hào)的傳感器及與之連接的信號(hào)處理電路。底蓋8上有引線孔9，傳感器信號(hào)線由此引出，中空的壓緊螺母12旋入引線孔9中，引線孔9底部有防爆膠圈10和密封圈11，壓緊螺母12壓迫防爆膠圈10使之封閉引線孔9。
底蓋8、環(huán)形蓋2、透鏡1及封閉的引線孔殼體4內(nèi)形成防爆腔。
信號(hào)采集器殼體4外側(cè)中部固裝二銷軸6，二銷軸6的中心線相重合并與殼體4中心線相交垂直。匚形支架7套在信號(hào)采集器殼體4外，二銷軸6與支架7二前端鉸接。信號(hào)采集器殼體4可在支架7上以銷軸6為軸旋轉(zhuǎn)。以便于調(diào)節(jié)信號(hào)采集器的角度，瞄準(zhǔn)要檢測(cè)的火焰。
支架7底有固定柄13，便于固定、調(diào)節(jié)支架13。當(dāng)固定柄13與底座縱向連接時(shí)，可調(diào)節(jié)監(jiān)測(cè)器的方位，當(dāng)固定柄13與底座橫向連接時(shí)，可調(diào)節(jié)監(jiān)測(cè)器與被監(jiān)測(cè)火焰的距離。
傳感器電路板5的電路框圖如圖2所示，包括傳感器、紫外線接收驅(qū)動(dòng)電路、脈沖驅(qū)動(dòng)電路、脈沖分析門控電路、計(jì)數(shù)處理電路、背景噪聲消除電路和輸出電路。紫外線接收驅(qū)動(dòng)電路與傳感器連接，紫外線接收驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)傳感器。脈沖驅(qū)動(dòng)電路與脈沖分析門控電路及計(jì)數(shù)處理電路連接。傳感器與脈沖分析門控電路連接。傳感器接受紫外線、產(chǎn)生的信號(hào)送入脈沖分析門控電路。脈沖分析門控電路和背景噪聲消除電路與計(jì)數(shù)處理電路連接，計(jì)數(shù)處理電路與輸出電路連接。脈沖驅(qū)動(dòng)電路輸出脈沖同時(shí)送入脈沖分析門控電路和計(jì)數(shù)處理電路，脈沖以設(shè)定的T1間隔連續(xù)輸入時(shí)，脈沖分析門控電路保持持續(xù)開啟狀態(tài)；但如果脈沖間隔大于T1，脈沖分析門控電路關(guān)閉入口，脈沖驅(qū)動(dòng)電路的脈沖暫停輸入，計(jì)數(shù)處理電路等待重新計(jì)數(shù)。當(dāng)一系列脈沖輸入時(shí)，通過背景噪聲消除電路處理后，返回計(jì)數(shù)處理電路，計(jì)數(shù)處理電路將脈沖數(shù)疊加計(jì)數(shù)，達(dá)到設(shè)計(jì)值就在輸出電路產(chǎn)生一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)脈沖信號(hào)，而計(jì)數(shù)處理電路重新開始計(jì)數(shù)。輸出電路在脈沖波延長到所需的間隔T2時(shí)輸出一個(gè)脈沖信號(hào)。
本紫外線火焰監(jiān)測(cè)裝置可與信號(hào)變送器相連接。
信號(hào)變送器電路框圖如圖3所示，包括比較調(diào)整電路、超低頻轉(zhuǎn)換電路、信號(hào)放大電路。信號(hào)采集器輸出端，即傳感器電路的輸出端順序與比較調(diào)整電路、超低頻轉(zhuǎn)換電路及信號(hào)放大電路連接，由信號(hào)放大電路輸出。傳感器電路的脈沖信號(hào)送入比較調(diào)整電路，將脈沖調(diào)整為5ms的脈沖波，送入超低頻轉(zhuǎn)換電路，在此將脈沖轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電壓及電流，經(jīng)信號(hào)分配電路分別分配給電壓放大電路、電流放大電路、電平放大電路，各放大電路分別輸出4～20mA的電流信號(hào)、1～5V的電壓信號(hào)以及24V可驅(qū)動(dòng)繼電器的電平信號(hào)。
信號(hào)變送器結(jié)構(gòu)如圖4所示，其信號(hào)轉(zhuǎn)換電路板15固裝于具備防爆性能的轉(zhuǎn)換器機(jī)殼16內(nèi)，防爆機(jī)蓋14與轉(zhuǎn)換器機(jī)殼16固接，封閉轉(zhuǎn)換器電路板15。機(jī)蓋14與機(jī)殼16嚙合面的截面曲線的長度大于20毫米，符合防爆要求。信號(hào)變送器有引線孔9’，用于來自信號(hào)采集器的信號(hào)線進(jìn)入及信號(hào)變送器的輸出信號(hào)線引出。引線孔9’封閉結(jié)構(gòu)與信號(hào)采集器的引線孔9相同，中空的壓緊螺母12’旋入引線孔9’中，引線孔9’底部有防爆膠圈10’和密封圈11’，壓緊螺母12’壓迫防爆膠圈10’使之封閉引線孔9’。轉(zhuǎn)換器機(jī)殼16上有固定槽17，用于信號(hào)變送器的安裝固定。
信號(hào)變送器與各種顯示裝置或控制裝置連接使用，即可直接顯示火焰燃燒狀況，或者直接控制調(diào)節(jié)火焰燃燒狀況，便于本裝置的進(jìn)一步擴(kuò)展與升級(jí)。
本裝置的信號(hào)采集器或信號(hào)變送器也可直接與繼電器或電磁閥等控制裝置連接。例如在火災(zāi)消防上使用時(shí)，信號(hào)采集器輸出驅(qū)動(dòng)繼電器的電平信號(hào)，直接控制與之連接的泡沫滅火器開關(guān)，及時(shí)噴放泡沫滅火。本裝置的信號(hào)采集器或信號(hào)變送器也可直接與各種顯示裝置連接，以直接顯示火焰燃燒狀況。本裝置的信號(hào)采集器或信號(hào)變送器與報(bào)警器連接，可及時(shí)按設(shè)定要求聲和/或光報(bào)警。
如圖5所示，本裝置的信號(hào)采集器透鏡1前配裝耐高溫導(dǎo)光筒18，其側(cè)面有加壓孔18-1。導(dǎo)光筒18與環(huán)形蓋2密封連接。在監(jiān)測(cè)工業(yè)爐火焰時(shí)，導(dǎo)光筒18避免粉塵污染透鏡影響紫外線采集，以保監(jiān)測(cè)的正常進(jìn)行。
權(quán)利要求1一種紫外線火焰監(jiān)測(cè)裝置，包括信號(hào)采集器、紫外線傳感器、信號(hào)處理電路，其特征為信號(hào)采集器包括殼體(4)，透鏡(1)、環(huán)形蓋(2)和底蓋(8)；殼體(4)為防爆圓筒體，其頂部固裝凸透鏡(1)，環(huán)形蓋(2)緊壓透鏡(1)，環(huán)形蓋(2)與殼體(4)的嚙合面的截面曲線的長度大于20毫米；殼體(4)的底蓋(8)封閉殼體(4)底部，殼體(4)與底蓋(8)的嚙合面的截面曲線的長度大于20毫米，底蓋(8)上有防爆引線孔(9)；傳感器電路板(5)固裝于底蓋(8)內(nèi)面，其上的傳感器的中心與透鏡(1)的中心線相重合；傳感器電路板(5)上有接收紫外線信號(hào)的傳感器及與之連接的信號(hào)處理電路。
2如權(quán)利要求1所述的紫外線火焰監(jiān)測(cè)裝置，其特征為采集器(4)殼體頂部有直徑小于殼體外徑圓柱形凸臺(tái)(3)，凸透鏡(1)卡在該凸臺(tái)(3)內(nèi)，凸臺(tái)(3)側(cè)面上有外螺紋，螺紋長度大于20毫米；環(huán)形蓋(2)的內(nèi)螺紋與凸臺(tái)(3)的外螺紋相配合，其內(nèi)螺紋長度大于20毫米、略小于凸臺(tái)(3)外螺紋長度；環(huán)形蓋(2)的內(nèi)孔直徑小于凸臺(tái)(2)內(nèi)徑，環(huán)形蓋(2)通過螺紋與凸臺(tái)(3)密封連接，壓緊透鏡(1)；殼體(4)底部外緣有長度大于20毫米的內(nèi)螺紋，底蓋(8)有與殼體(4)底部外螺紋相配合的外螺紋，底蓋(8)通過螺紋封閉殼體(4)底部；中空的壓緊螺母(12)旋入引線孔(9)中，引線孔(9)底部有防爆膠圈(10)和密封圈(11)，壓緊螺母(12)壓迫防爆膠圈(10)使之封閉引線孔(9)。
3如權(quán)利要求1或2所述的紫外線火焰監(jiān)測(cè)裝置，其特征為信號(hào)采集器殼體(4)外側(cè)中部固裝二銷軸(6)，二銷軸(6)的中心線相重合并與殼體(4)中心線相交垂直；匚形支架(7)套在信號(hào)采集器殼體(4)外，二銷軸(6)與支架(7)二前端鉸接。
4如權(quán)利要求3所述的紫外線火焰監(jiān)測(cè)裝置，其特征為支架(7)底有固定柄(13)。
5如權(quán)利要求1或2所述的紫外線火焰監(jiān)測(cè)裝置，其特征為傳感器電路板(5)的電路包括傳感器、紫外線接收驅(qū)動(dòng)電路、脈沖驅(qū)動(dòng)電路、脈沖分析門控電路、計(jì)數(shù)處理電路、背景噪聲消除電路和輸出電路；紫外線接收驅(qū)動(dòng)電路與傳感器連接，脈沖驅(qū)動(dòng)電路與脈沖分析門控電路及計(jì)數(shù)處理電路連接，傳感器與脈沖分析門控電路連接。
6如權(quán)利要求1或2所述的紫外線火焰監(jiān)測(cè)裝置，其特征為本紫外線火焰監(jiān)測(cè)裝置與信號(hào)變送器相連接；信號(hào)變送器電路包括比較調(diào)整電路、超低頻轉(zhuǎn)換電路、信號(hào)放大電路；信號(hào)采集器輸出端，即傳感器電路的輸出端順序與比較調(diào)整電路、超低頻轉(zhuǎn)換電路及信號(hào)放大電路連接，由信號(hào)放大電路輸出。
7如權(quán)利要求6所述的紫外線火焰監(jiān)測(cè)裝置，其特征為信號(hào)變送器的信號(hào)轉(zhuǎn)換電路板(15)固裝于具備防爆性能的轉(zhuǎn)換器機(jī)殼(16)內(nèi)，防爆機(jī)蓋(14)與轉(zhuǎn)換器機(jī)殼(16)固接，封閉轉(zhuǎn)換器電路板(15)；機(jī)蓋(14)與機(jī)殼(16)嚙合面的截面曲線的長度大于20毫米，信號(hào)變送器有引線孔(9’)，中空的壓緊螺母(12’)旋入引線孔(9’)中，引線孔(9’)底部有防爆膠圈(10’)和密封圈(11’)，壓緊螺母(12’)壓迫防爆膠圈(10’)使之封閉引線孔(9’)。
8如權(quán)利要求7所述的紫外線火焰監(jiān)測(cè)裝置，其特征為轉(zhuǎn)換器機(jī)殼(16)上有固定槽(17)。
9如權(quán)利要求1或2所述的紫外線火焰監(jiān)測(cè)裝置，其特征為信號(hào)采集器或信號(hào)變送器直接與繼電器或電磁閥等控制裝置、或顯示裝置、或報(bào)警器連接。
10如權(quán)利要求1或2所述的紫外線火焰監(jiān)測(cè)裝置，其特征為信號(hào)采集器透鏡(1)前配裝耐高溫導(dǎo)光筒(18)，其側(cè)面有加壓孔(18-1)；導(dǎo)光筒(18)與環(huán)形蓋(2)密封連接。
專利摘要本紫外線火焰監(jiān)測(cè)裝置的透鏡在殼體頂部，將待測(cè)點(diǎn)火焰的紫外線聚光于傳感器上，傳感器接收紫外線信號(hào)并通過與之連接的電路將其轉(zhuǎn)換為電平信號(hào)輸出。信號(hào)采集器殼體為防爆圓筒體，其頂蓋、底蓋的裝配面均為防爆面，符合防爆要求，保證安全；信號(hào)采集是針對(duì)火焰中的紫外線光信號(hào)，經(jīng)透鏡聚集并由特制的紫外線傳感器接收，靈敏度高，在距離現(xiàn)場(chǎng)600米處仍可工作，確保安全，也延長了傳感器壽命；信號(hào)采集器可在支撐架上旋轉(zhuǎn)，便于調(diào)節(jié)、瞄準(zhǔn)；信號(hào)采集器與信號(hào)變送器相連接，將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，與各種顯示裝置或控制裝置連接使用；靈活配置多種配件，以適用于各種工業(yè)爐、火災(zāi)消防和火矩等不同環(huán)境的火焰監(jiān)測(cè)及調(diào)控。
文檔編號(hào)F23M11/00GK2674305SQ20032011486
公開日2005年1月26日 申請(qǐng)日期2003年10月21日 優(yōu)先權(quán)日2003年10月21日
發(fā)明者趙景為 申請(qǐng)人:趙景為