專利名稱：用于燃燒控制的光學(xué)探詢傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般地涉及傳感器，并且更特別地涉及用于燃燒控制的光學(xué)探詢 (interrogation)傳感器。
背景技術(shù)：
現(xiàn)代工業(yè)燃?xì)鉁u輪機(jī)要求高效地轉(zhuǎn)換能量同時產(chǎn)生最少的污染排放物。但這兩個 要求是互相對立的，因?yàn)楦叩男室话阃ㄟ^升高燃燒室中的整體氣體溫度實(shí)現(xiàn)，而諸如 氮氧化物的污染物典型地通過降低最高氣體溫度而減少。最高氣體溫度可通過在燃燒室中 保持稀空燃比而降低，但如果燃料/空氣混合物過稀，則不完全的燃料燃燒可產(chǎn)生過量的 一氧化碳和未燃燒的烴。因此，反應(yīng)區(qū)中的溫度必須足夠支持完全燃燒。為了平衡對于增加的效率和減少的排放的相沖突的需要，要求極端精確的控制來 調(diào)節(jié)燃燒器的反應(yīng)區(qū)中的燃料/空氣混合物。已提出這種系統(tǒng)其用于通過監(jiān)視各種燃燒 參數(shù)來控制燃料/空氣混合物，并且使用測得參數(shù)作為輸入來控制燃料系統(tǒng)。例如，一種常 規(guī)的系統(tǒng)包括控制系統(tǒng)，其中利用燃料流率、壓力水平和排氣溫度分布作為用于設(shè)定燃料 平穩(wěn)控制閥的輸入。用于控制燃燒動態(tài)變化的其它技術(shù)包括測量來自燃燒器火焰的光發(fā)射，并且使用 測得信號來控制特定燃燒參數(shù)。例如，一個常規(guī)系統(tǒng)使用采用碳化硅二極管以通過紫外線 輻射強(qiáng)度的測量感測燃燒火焰溫度的閉環(huán)反饋系統(tǒng)。感測到的紫外線輻射用來控制燃料混 合物的空燃比，以將火焰的溫度保持在與氮氧化物的期望低級別相關(guān)的預(yù)定級別以下。其它常規(guī)系統(tǒng)可使用用于從燃燒區(qū)域至探測器聚集和傳輸光的光纖。又其它常規(guī) 系統(tǒng)可使用攝像機(jī)來捕捉火焰的圖像，其主要用于監(jiān)視火焰的存在或缺失。已提出用于渦輪機(jī)中的質(zhì)量流量感測技術(shù)。例如，基于激光的多普勒頻移測量系 統(tǒng)可用于確定渦輪機(jī)進(jìn)氣管道中的空氣流量，并且已提出類似系統(tǒng)，其用于通過對比來自 不同頻率的兩個光發(fā)生器(激光器)的吸收特征而測量靜態(tài)溫度。依然需要用于提供光學(xué) 傳感器的改進(jìn)的系統(tǒng)和方法。

發(fā)明內(nèi)容
可通過本發(fā)明的特定實(shí)施例來解決部分或全部以上需要。本發(fā)明的特定實(shí)施例可 包括用來提供用于燃燒控制的光學(xué)探詢傳感器的系統(tǒng)和方法。根據(jù)本發(fā)明的一個示例實(shí)施例，提供了一種用于控制與燃?xì)鉁u輪機(jī)燃燒器相關(guān)的 燃燒參數(shù)的方法。該方法可包括提供穿過燃?xì)鉁u輪機(jī)燃燒器的光路；使光沿著該光路傳 播；測量燃?xì)鉁u輪機(jī)燃燒器內(nèi)光的吸收；以及至少部分地基于測得的吸收控制燃燒參數(shù)中 的至少一個。根據(jù)另一示例性實(shí)施例，提供了一種用于控制與燃?xì)鉁u輪機(jī)燃燒器相關(guān)的燃燒參 數(shù)的系統(tǒng)。該系統(tǒng)可包括至少一個光電探測器，其與穿過燃?xì)鉁u輪機(jī)燃燒器的光路通訊； 光源，其可操作以使光沿著該光路傳播到該至少一個光電探測器；以及控制裝置，其可操作以至少部分地基于來自該一個或多個光電探測器的一個或多個信號控制燃燒參數(shù)中的至 少一個。根據(jù)另一示例性實(shí)施例，提供一種燃?xì)鉁u輪機(jī)。該燃?xì)鉁u輪機(jī)可包括燃燒器；至 少一個光電探測器，其與穿過燃燒器的光路通訊；光源，其可操作以使光沿著光路傳播到該 至少一個光電探測器；以及至少一個控制裝置，其可操作以至少部分地基于來自該至少一 個光電探測器的一個或多個信號控制一個或多個燃燒參數(shù)，其中該一個或多個信號至少包 括吸收信號。本發(fā)明的其它實(shí)施例和方面在文中詳細(xì)描述并視為要求保護(hù)的發(fā)明的一部分。參 考說明書和附圖可理解其它實(shí)施例和方面。


現(xiàn)將參照附圖，附圖不一定按比例繪制，并且其中圖1描繪了根據(jù)本發(fā)明的一個示例性實(shí)施例的與渦輪機(jī)燃燒器通訊的說明性光 學(xué)探詢傳感器。圖2a圖示了按照本發(fā)明的一個示例性實(shí)施例的燃燒器和光學(xué)探詢系統(tǒng)的端視 圖。圖2b圖示了根據(jù)本發(fā)明的一個示例性實(shí)施例的用于在探測前在空間上分隔波長 的透射衍射光柵和探測器陣列。圖2c圖示了根據(jù)本發(fā)明的一個示例性實(shí)施例的用于在探測前在空間上分隔波長 的反射衍射光柵和探測器陣列。圖3是根據(jù)本發(fā)明的一個示例性實(shí)施例的用于測量渦輪機(jī)燃燒器內(nèi)的吸收參數(shù) 的示例性方法流程圖。部件清單100具有探詢傳感器和控制系統(tǒng)的管式燃燒器102管式燃燒器104 火焰106火焰區(qū)域108空氣/燃料區(qū)域110后火焰區(qū)域111 光源112光源控制器114 波導(dǎo)116輸入準(zhǔn)直鏡頭117發(fā)散光束118輸入光學(xué)端口119準(zhǔn)直光束120輸出光學(xué)端口122聚焦鏡頭123匯聚光束
124聚焦鏡
126光學(xué)探測器
128探測器電子裝置
130燃燒器控制系統(tǒng)
200光學(xué)探詢系統(tǒng)
202附加光源發(fā)射器
204光路
205附加光路
208透射機(jī)制光柵
210反射機(jī)制光柵
212附加光學(xué)波導(dǎo)
214附加光學(xué)探測器
215可選的光學(xué)過濾器
216探測器陣列
具體實(shí)施例方式下文將參照附圖更充分地描述本發(fā)明的實(shí)施例，附圖中示出了本發(fā)明的實(shí)施例。 然而，本發(fā)明可采取多種不同形式來實(shí)施并且不應(yīng)當(dāng)被解釋為局限于本文所述的實(shí)施例； 相反，提供這些實(shí)施例以使本公開內(nèi)容詳盡和完整，并且這些實(shí)施例將向本領(lǐng)域技術(shù)人員 傳達(dá)本發(fā)明的范圍。全部附圖中相似的附圖標(biāo)記始終表示相似的元件。本發(fā)明的一個實(shí)施例可使得能夠通過使用光來探查或探詢?nèi)紵饕詸z測在光已 穿過所關(guān)心的區(qū)域之后的時間和/或光譜衰減，從而在渦輪機(jī)燃燒器中測量燃燒參數(shù)。根 據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，測得的燃燒參數(shù)又可用來控制燃燒器的各種參數(shù)，包括但不局限于燃 料流率、空燃比和燃料流量分布以優(yōu)化氮氧化物排放、動態(tài)壓力振蕩和燃料效率。根據(jù)示例性實(shí)施例，可利用光吸收原理在燃燒器內(nèi)監(jiān)視和控制特定化學(xué)物質(zhì)。根 據(jù)一個示例性實(shí)施例，可測量穿過燃燒器發(fā)射的光，以通過光的光譜和/或時間衰減確定 燃燒器內(nèi)特定化學(xué)物質(zhì)的存在和濃度。根據(jù)示例性實(shí)施例，光譜分辨光吸收可用來識別包 括H20、CH4, CO、CO2, C2、CH、OH和NO的化學(xué)物質(zhì)?？蓪y得的信號與空燃比、熱釋放率和溫 度關(guān)聯(lián)。根據(jù)示例性實(shí)施例，可分析來自光學(xué)探測器的時間分辨輸出，以揭示與燃燒相關(guān)的 不穩(wěn)定現(xiàn)象，且其可用來指示燃燒聲學(xué)振蕩(燃燒動態(tài)變化)。另外，輸出信號可用作用于 閉環(huán)燃燒控制系統(tǒng)中的反饋?，F(xiàn)將參照附圖描述根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的用于燃燒控制應(yīng)用 的各種傳感器選擇和配置。圖1圖示了根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的示例性管式燃燒器，該燃燒器具有用于 控制與燃?xì)鉁u輪機(jī)燃燒器102相關(guān)的燃燒參數(shù)的探詢傳感器和控制系統(tǒng)100。探詢傳感器 構(gòu)件可放置或安裝在管式燃燒器102附近并且可選擇性地探詢管式燃燒器102內(nèi)的區(qū)域， 例如，在空氣/燃料區(qū)域108處或其附近，或在管式燃燒器102的后火焰(或排氣)區(qū)域 110內(nèi)。圖1表示探詢系統(tǒng)的兩個示例性布置和實(shí)施例，一個在空氣/燃料區(qū)域108附近且 一個在后火焰區(qū)域110附近。一個或多個此類系統(tǒng)可放置在燃燒器系統(tǒng)內(nèi)的任何適當(dāng)位置 而不脫離本發(fā)明的范圍。
根據(jù)本發(fā)明的一個示例性實(shí)施例，在光源控制器112控制之下的光源111可產(chǎn)生 用于探詢?nèi)紵鞯墓狻Ｋa(chǎn)生的光可經(jīng)由一系列光學(xué)元件穿過燃燒器102室的內(nèi)部傳播。 根據(jù)一個示例性實(shí)施例，光源111所產(chǎn)生的光可聯(lián)入波導(dǎo)114如光纖中，以便于發(fā)送到燃燒 器102的適當(dāng)進(jìn)入?yún)^(qū)域。根據(jù)一個示例性實(shí)施例，從波導(dǎo)114傳播出來的光可經(jīng)歷發(fā)散并 且可產(chǎn)生擴(kuò)散或發(fā)散光束117，其可被鏡頭116或凹鏡準(zhǔn)直(collimate)以產(chǎn)生準(zhǔn)直光束 119。根據(jù)另一示例性實(shí)施例，光源所產(chǎn)生的光(特別是如果其已經(jīng)被光源準(zhǔn)直)可穿過自 由空間行進(jìn)并且可直接或經(jīng)由反射鏡或干涉光學(xué)裝置到達(dá)燃燒器102的適當(dāng)進(jìn)入?yún)^(qū)域。準(zhǔn) 直光束119可經(jīng)由輸入光學(xué)端口 118進(jìn)入燃燒器102。輸入光學(xué)端口 118和輸出光學(xué)端口 120可設(shè)置在渦輪機(jī)管式燃燒器102的本體中，以允許光能經(jīng)過燃燒器102。輸入光學(xué)端口 118和輸出光學(xué)端口 120可由抗高溫透光材料如石英、藍(lán)寶石或其它具有低損耗以及適合 所關(guān)心的波長的傳輸帶寬的合適材料構(gòu)成。根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，兩個或更多的光學(xué)端口 118、120可在各種位置定位 在燃燒器102上，以在沿空氣/燃料-火焰-排氣通路的不同點(diǎn)處測量燃燒物質(zhì)。根據(jù)示 例性實(shí)施例，在燃燒器102內(nèi)傳播的準(zhǔn)直光119可與燃燒物質(zhì)相互作用，并且由于與物質(zhì)的 路徑平均相互作用，可經(jīng)歷可與燃燒器102內(nèi)特定化學(xué)物質(zhì)的濃度關(guān)聯(lián)的特定波長光譜衰 減。根據(jù)本發(fā)明的一個示例性實(shí)施例，穿過輸出光學(xué)端口 120離開燃燒器102的光譜 衰減光可經(jīng)過透鏡122或凹鏡124，以產(chǎn)生用于使用一個或多個探測器126進(jìn)行感測的匯聚 光束123。根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，可為所關(guān)心的特定波長光譜窗口內(nèi)的響應(yīng)而選擇光 學(xué)探測器126。例如，可由于其對波長光譜的紫外線部分的敏感性而選擇碳化硅(SiC)光電 探測器。根據(jù)另一實(shí)施例，可利用硅(Si)光電探測器來在約400至約IOOOnm的光譜中監(jiān) 視來自化學(xué)物質(zhì)的發(fā)射。根據(jù)另一示例性實(shí)施例，可選擇銦鎵砷化物(InGaAs)光敏二極管 來測量約1000至約1700nm光譜中的紅外線波長。由探測器126探測到的光學(xué)信號可由探 測器126轉(zhuǎn)換為電信號，該電信號可由探測器電子裝置128進(jìn)一步處理(過濾、放大等)。 來自探測器電子裝置128的輸出電信號可被燃燒器控制系統(tǒng)130用來動態(tài)地調(diào)節(jié)燃燒器參 數(shù)(空燃比、燃料分配、質(zhì)量流量、燃料噴嘴聲學(xué)阻抗、空氣流量分配等)以優(yōu)化燃燒器的參 數(shù)。圖2a描繪了按照本發(fā)明的示例性實(shí)施例的光學(xué)探詢系統(tǒng)，光源發(fā)射器111可包 括可調(diào)諧激光器。在另一示例性實(shí)施例中，光源發(fā)射器111可為固定波長激光器。在再另 一示例性實(shí)施例中，光源發(fā)射器111、202可包括多個激光器或多個線性激光器。根據(jù)另一 示例性實(shí)施例，光源發(fā)射器111可包括寬帶光源，例如受激發(fā)射放大(ASE)源、超連續(xù)源 (supercontinuum source)或超福身寸發(fā)光二極管(SLED)。用于探詢?nèi)紵?02內(nèi)的化學(xué)物質(zhì)的測量系統(tǒng)的設(shè)計細(xì)節(jié)可取決于相關(guān)化學(xué)物 質(zhì)，并且復(fù)雜性的范圍可從具有單個探測器126的單線激光光源111至具有附加光學(xué)元件 以使光譜的部分能夠分辨和測量的可調(diào)諧激光器或ASE源。現(xiàn)將參照圖2a-2c討論根據(jù)本 發(fā)明的示例性實(shí)施例的各種示例性光學(xué)系統(tǒng)和檢測方案。基本固定激光器探詢實(shí)施例根據(jù)一個示例性實(shí)施例，并且如上所述，可利用單線激光器或激光器二極管作為 光源111?？烧{(diào)節(jié)來自激光器的窄帶發(fā)射，以匹配所關(guān)心的化學(xué)物質(zhì)的吸收帶。例如，H2O具有接近1. 45 μ m、1. 95 μ m和2. 5 μ m的吸收帶；CH4具有接近1. 65 μ m的吸收帶；CO具有接 近1. 55 μ m的吸收帶；C2具有接近518nm的吸收帶；CH具有接近530nm的吸收帶；OH具有 接近310nm的吸收帶；而NO具有接近226nm的吸收帶。通過將光源111的發(fā)射波長與這些 吸收波長的一個或多個進(jìn)行匹配，并且通過選擇適當(dāng)?shù)墓鈱W(xué)探測器126，可測量輸入光能與 輸出光能的比率并且將其與所關(guān)心的燃燒物質(zhì)的相對濃度關(guān)聯(lián)。多個激光器探詢實(shí)施例根據(jù)一個示例性實(shí)施例，多個激光源111、202和多個相應(yīng)探測器126、214可用來 同時測量多種燃燒物質(zhì)，或用來通過采用標(biāo)準(zhǔn)化方法更精確地測量單一燃燒物質(zhì)，如隨后 將要描述的。在一個示例性實(shí)施例中，一個或多個光源111、202可聯(lián)入并且可經(jīng)由相應(yīng)的 光學(xué)波導(dǎo)114、214發(fā)送到共用鏡頭116和輸入端口 118，并且可利用共線(或大致平行)但 空間上分離的光路204、205并且可離開共用輸出端口 120，且可借助于光路分離或發(fā)射角 使用相應(yīng)的光學(xué)探測器126、214進(jìn)行探測。在另一實(shí)施例中(未在圖2a中示出，但在圖1 中暗示)，該多個光源可跟隨單獨(dú)的通路并且可利用專門的光學(xué)裝置(鏡頭、鏡子、輸入和 輸出端口、探測器等)。可調(diào)諧激光器探詢實(shí)施例根據(jù)本發(fā)明的一個示例性實(shí)施例，光源202可包括能夠在一定光譜的波長上進(jìn)行 調(diào)諧的可調(diào)諧激光器?？烧{(diào)諧激光器可使得能夠測量燃燒器內(nèi)一種或多種化學(xué)物質(zhì)的吸收 光譜。根據(jù)示例性實(shí)施例，并且在圖2b和圖2c中示出，透射機(jī)制(transmission regime) 光柵208或反射機(jī)制光柵210可用來在調(diào)諧后的激光已穿過燃燒器102內(nèi)的化學(xué)物質(zhì)并與 其相互作用之后在角度上分離已調(diào)諧激光的光譜分量(λ ，λ2，... λη)。然后可通過探 測器陣列216中的多個(空間上分離的)探測器分辨和探測在角度上分離的光。可及時對 所得到的探測信號取樣并且將其與可調(diào)諧激光器的已知調(diào)諧波長關(guān)聯(lián)，以產(chǎn)生燃燒器102 內(nèi)化學(xué)物質(zhì)的吸收光譜的組合表示。然后可將測得的吸收光譜與相關(guān)化學(xué)物質(zhì)的相對濃度 關(guān)聯(lián)，并且可利用其來控制燃燒器102的參數(shù)。根據(jù)采用可調(diào)諧激光器如啁啾激光器(chirped laser)的系統(tǒng)的另一示例性實(shí)施 例，可利用單個探測器來測量已穿過燃燒器102的光。通過在時域中將可調(diào)諧激光器波長 變化與探測到的信號關(guān)聯(lián)，可利用時域信號來測量燃燒器112內(nèi)的化學(xué)物質(zhì)在所關(guān)心的波 長帶上的吸收光譜而無需利用多個探測器或光柵。寬帶光源探詢實(shí)施例根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，光源202可包括寬帶光源，例如受激發(fā)射放大(ASE) 源、超連續(xù)源或超輻射發(fā)光二極管(SLED)源。在這些實(shí)施例中，覆蓋源的發(fā)射帶寬內(nèi)一 定光譜的波長的光子可同時探詢?nèi)紵?02內(nèi)的化學(xué)物質(zhì)，以產(chǎn)生組合吸收光譜。根據(jù) 示例性實(shí)施例，并且參照圖2b和圖2c，透射光柵208或反射光柵210可用來在激光已穿 過燃燒器102內(nèi)的化學(xué)物質(zhì)并與其相互作用之后在角度上分離寬帶光的光譜分量((λ 1， 入2，... λη)。然后可通過探測器陣列216中的多個(空間上分離的)探測器分辨和探 測在角度上分離的光。所得到的探測信號可代表燃燒器102內(nèi)組合化學(xué)物質(zhì)的吸收光譜。 然后可將測得的吸收光譜與所關(guān)心的化學(xué)物質(zhì)的相對濃度關(guān)聯(lián)，并且可利用其控制燃燒器 102的參數(shù)。根據(jù)另一示例性實(shí)施例，可將一個或多個濾光器215 ( 二色濾光器、法布里珀 羅(Fabry Perot)濾光器等)放置在光路上，以將測得光譜限定在所關(guān)心的波長帶。光在燃燒器前或后的過濾(在到達(dá)探測器前)可簡化探測器布置，并且可用來消除對光柵或多 個探測器的需要。將過濾器215放置在探測器上方還可用來減少例如來自火焰區(qū)域的不希 望有的雜散光。可采用上述實(shí)施例的許多組合和變型而不脫離本發(fā)明的范圍。因此，應(yīng)該 理解的是，本發(fā)明并不局限于所公開的特定實(shí)施例。圖1和圖2a還示出了代表探測器電子裝置128和燃燒控制系統(tǒng)130的方框。根據(jù) 一個示例性實(shí)施例，探測器電子裝置128可操作以調(diào)節(jié)、放大、過濾和處理來自光學(xué)探測器 126、214、216的信號。探測器電子裝置128還可提供用于自動調(diào)節(jié)任何相應(yīng)的光學(xué)元件的 位置的控制。來自探測器電子裝置的輸出信號可用作用于燃燒控制系統(tǒng)130的控制信號。 例如，根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例，CH4的測得濃度，或CH4與CO2的測得比率，可用作燃燒控制 系統(tǒng)130中的反饋，并且可提供用以動態(tài)地調(diào)節(jié)空燃比的控制。現(xiàn)將參照圖3的流程圖描述用于測量燃燒器102內(nèi)的化學(xué)物質(zhì)以及用于基于測量 結(jié)果控制燃燒特性的示例性方法。在方框302中開始并且根據(jù)本發(fā)明的一個示例性實(shí)施 例，可提供光源111和光源控制器112。可在所關(guān)心的區(qū)域106、110附近在渦輪機(jī)管式燃燒 器102的本體中提供至少一條光路，包括光學(xué)輸入端口 118和輸出端口 120，以允許來自光 源111的光穿過燃燒器102傳播，以通過光學(xué)吸收監(jiān)視燃燒器102內(nèi)存在的化學(xué)物質(zhì)。光 學(xué)端口 118、120可由抗高溫透光材料如石英、藍(lán)寶石或其它具有低損耗以及適合所關(guān)心的 波長的傳輸帶寬的合適材料構(gòu)成。在可選的方框304中，如果需要，可在輸入端口 118附近 提供準(zhǔn)直儀116，以校正來自光源111的光的任何光束發(fā)散并且準(zhǔn)直光束119。在輸出端口 120附近，可提供聚焦裝置以聚集離開燃燒器102的已修正光。根據(jù)示例性實(shí)施例，聚焦裝 置可為鏡頭122或凹鏡124。在方框306中，可在輸出端口 120附近提供終止光電探測器 126，且其可操作以接收由輸出鏡頭122或鏡子124提供的聚焦或聚集的光123。方框308、310和312表示可使吸收信號測量標(biāo)準(zhǔn)化，以通過測量吸收信號并除以 標(biāo)準(zhǔn)化信號而增加測量精度和靈敏度。在方框312中，根據(jù)一個示例性實(shí)施例，標(biāo)準(zhǔn)化信號 可由在光穿過燃燒器102傳播前測量來自光源111的光的一部分而產(chǎn)生。此類信號可能 已經(jīng)在光源控制器112可獲得，因?yàn)榈湫凸庠纯刂破骼脙?nèi)部探測器來監(jiān)視光源111的光 功率以進(jìn)行反饋控制。根據(jù)本發(fā)明的其它示例性實(shí)施例，可使用外部分光器和分離的探測 器(未示出)獲得標(biāo)準(zhǔn)化信號，以在光穿過燃燒器102傳播前捕捉和探測光的一部分。方 框310表示通過弓I導(dǎo)光穿過燃燒器102中的光路并通過在一個或多個終止光電探測器126、 214,216處測量波長變化和/或時間變化吸收信號而獲得吸收信號。方框312表示可通過 將吸收信號(分子)除以標(biāo)準(zhǔn)化信號(分母)而獲得標(biāo)準(zhǔn)化的測量信號。根據(jù)一個示例性 實(shí)施例，由于標(biāo)準(zhǔn)化方法可以是可選的，所以如果吸收信號未被標(biāo)準(zhǔn)化，則可將分母設(shè)為1。在方框316中，所提取的吸收光譜和/或時間變化測量信息可用來控制并優(yōu)化燃 燒器102的燃燒特性。例如，所提取的燃燒參數(shù)可在反饋控制環(huán)中用來調(diào)節(jié)燃料流量、空燃 比、燃燒器間的燃料分配等。受益于在前述說明和相關(guān)附圖中提出的教導(dǎo)，本發(fā)明所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員會想到 本發(fā)明的許多改型和其它實(shí)施例。因此，應(yīng)該理解的是，本發(fā)明并不局限于所公開的特定實(shí) 施例，并且改型和其它實(shí)施例旨在包括在任何所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。雖然文中采用 特定用語，但僅在普通和描述性的意義上使用它們且目的不在于進(jìn)行限制。
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權(quán)利要求
一種用于控制與燃?xì)鉁u輪機(jī)燃燒器(102)相關(guān)的燃燒參數(shù)的方法，所述方法包括提供穿過所述燃?xì)鉁u輪機(jī)燃燒器(102)的光路(204)；使光沿著所述光路(204)傳播；測量所述燃?xì)鉁u輪機(jī)燃燒器(102)內(nèi)的所述光的吸收；以及至少部分地基于測得的吸收而控制所述燃燒參數(shù)中的至少一個。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，提供光路(204)包括提供輸入光學(xué)端口 (118)、輸出光學(xué)端口(120)和至少一個光電探測器(126)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，使光沿著所述光路(204)傳播包括提供光 源(111)、光學(xué)波導(dǎo)(114)和準(zhǔn)直儀(116)，所述準(zhǔn)直儀(116)用于沿著所述光路(204)引 導(dǎo)來自所述光源(111)的光。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，使光沿著所述光路(204)傳播包括提供至 少一個光柵(208，210)或過濾器(215)，用于分離與所述光相關(guān)的光譜信息。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，使光沿著所述光路(204)傳播包括傳播窄 帶光輻射以測量吸收。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，使光沿著所述光路(204)傳播包括傳播在 大約225納米至大約3微米之間的波長范圍內(nèi)可調(diào)諧的光以測量吸收光譜。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，使光沿著所述光路(204)傳播包括傳播寬 帶光輻射以測量吸收光譜。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法還包括 測量與所述光的一部分相關(guān)的至少一個標(biāo)準(zhǔn)化信號；以及至少部分地基于所述至少一個標(biāo)準(zhǔn)化信號測量所述燃?xì)鉁u輪機(jī)燃燒器(102)內(nèi)的所 述光的吸收。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述方法還包括至少部分地基于測得的吸收和所述至少一個標(biāo)準(zhǔn)化信號控制所述燃燒參數(shù)中的至少一個。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述燃燒參數(shù)包括以下參數(shù)中的至少一 個燃料流率、燃料流量分配或空燃比。
11.一種用于控制與燃?xì)鉁u輪機(jī)燃燒器(102)相關(guān)的燃燒參數(shù)的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括 至少一個光電探測器(126)，其與穿過所述燃?xì)鉁u輪機(jī)燃燒器(102)的光路(204)通訊；至少一個光源(111)，其可操作以使光沿著所述光路(204)傳播至所述至少一個光電 探測器(126)；以及控制裝置(130)，其可操作以至少部分地基于來自所述一個或多個光電探測器(126) 的一個或多個信號控制所述燃燒參數(shù)中的至少一個。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述光路(204)包括輸入光學(xué)端口 (118)和輸出光學(xué)端口(120)。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述光路包括用于沿著所述光路(204) 引導(dǎo)來自所述至少一個光源(111)的光的光學(xué)波導(dǎo)(114)和準(zhǔn)直儀(116)。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述光路(204)包括至少一個光柵(208,210)或過濾器(215)，用于分離與所述光相關(guān)的光譜信息。
15.根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述至少一個光源(111)包括用于測量 吸收的窄帶光輻射源。
16.根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述至少一個光源(111)包括具有大約 225納米至大約3微米之間的波長范圍的可調(diào)諧光源，用于測量吸收光譜。
17.根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述至少一個光源(111)包括用于測量 吸收光譜的寬帶光輻射源。
18.根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括一個或多個光電探測器(126)，其可操作以測量與所述一個或多個光源(111)相關(guān)的 至少一個標(biāo)準(zhǔn)化信號；一個或多個光電探測器(214)，其可操作以至少部分地基于所述至少一個標(biāo)準(zhǔn)化信號 測量所述燃?xì)鉁u輪機(jī)燃燒器(102)內(nèi)所述光的吸收。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括至少一個控制裝置(130)，其可操作以至少部分地基于測得的吸收和所述至少一個標(biāo) 準(zhǔn)化信號控制所述燃燒參數(shù)中的至少一個。
20.一種燃?xì)鉁u輪機(jī)，包括 燃燒器(102)；至少一個光電探測器(126)，其與穿過所述燃燒器(102)的光路(204)通訊； 至少一個光源(111)，其可操作以使光沿著所述光路(204)傳播至所述至少一個光電 探測器(126)；以及至少一個控制裝置(130)，其可操作以至少部分地基于來自所述至少一個光電探測器 (126)的一個或多個信號控制一個或多個燃燒參數(shù)，其中所述一個或多個信號至少包括吸收信號。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于燃燒控制的光學(xué)探詢傳感器，具體而言，本發(fā)明的特定實(shí)施例可包括用來提供用于燃燒控制的光學(xué)探詢傳感器的系統(tǒng)和方法。根據(jù)本發(fā)明的一個示例性實(shí)施例，提供一種用于控制與燃?xì)鉁u輪機(jī)燃燒器(102)相關(guān)的燃燒參數(shù)的方法。該方法可包括提供穿過燃?xì)鉁u輪機(jī)燃燒器(102)的光路(204)；使光沿著光路(204)傳播；測量燃?xì)鉁u輪機(jī)燃燒器(102)內(nèi)光的吸收；以及至少部分地基于測得的吸收控制燃燒參數(shù)中的至少一個。
文檔編號F23N5/08GK101956997SQ20101021351
公開日2011年1月26日 申請日期2010年6月13日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月15日
發(fā)明者K·R·麥芒努斯, L·B·小戴維斯 申請人:通用電氣公司