專利名稱：紫外線火焰監測裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種火焰監測裝置，具體為一種紫外線火焰監測裝置。
(二)技術背景火焰監測裝置用途極為廣泛，如各種以燃氣、油、煤粉為燃料的工業爐、冶金爐、鍋爐、裂解爐、焚燒爐、加熱爐等工業爐，石油化工行業的火矩以及火災消防現場等，均需要通過監測掌握火焰燃燒的詳細情況。這是提高生產效率和保證生產安全，防火災之患于未然的必要手段。
傳統的火焰監測裝置，如熱電偶、雙金屬或燈泡等，是通過監測火焰燃燒過程中產生的熱來檢測火焰。這類溫度傳感元件反應的時間以分鐘計。而現代的火焰監測裝置要求火焰故障(如冒煙、熄滅、縮火及火災發生等)的發現是以秒計時，以及時進行相應處理。
目前已有多種非接觸式火焰監測裝置，主要可分為光學式和攝像式。攝像式的火焰監測裝置是通過攝取火焰圖像，由計算機進行圖像處理，判定火焰的穩定性、形狀溫度等。雖然監測結果準確，裝置復雜，價格昂貴，操作要求高，其應用主要是在研究領域，難以在一般工作場合使用。
光學式火焰監測裝置有監測可見光、紅外光和紫外光的不同類型。工業爐有多個燃燒器形成多種火焰區域，各火焰區域間的可見光相互折射，且火焰周圍區域(如爐襯或金屬管道等)也可能因高溫發光。這些因素使可見光光敏元件為傳感器的火焰檢測裝置反應滯后，且難以準確反應火焰燃燒狀態。
檢測火焰中的紅外線輻射，雖可以減少火焰區域以外可見光的干擾，但火焰周圍被加熱的爐襯等也在發出與火焰相當的強紅外線。這使得紅外線傳感器的火焰檢測裝置更易受干擾，無法準確反應火焰燃燒狀態。
火焰中的紫外線輻射量與火焰燃燒強度成正比。對紫外線敏感的紫外線傳感器接收到紫外線輻射時，輸出與紫外線強度成正比的脈沖信號。國外的火焰監測器大多采用此原理，檢測紫外線傳感器輸出的脈沖信號強弱來監測火焰燃燒情況。其缺點為紫外線傳感器在接收紫外線的同時也會受到X射線、γ射線及強電磁場的干擾，引起誤動作。一般是采用濾波、整形處理，這就降低了紫外線接收質量，造成一般的紫外線火焰傳感器只能判斷火焰有無，但不能真實反應火焰的燃燒狀況。另一問題是紫外線傳感器長時間置于高溫區，易老化，壽命極短，僅6～8個月。因此多數此類火焰檢測器只能制成間隔采光，且是開短關長，如1～2秒開，30～60秒關。監測器關閉期間無法反應火焰燃燒發生變化，留下極大事故隱患。此外在高溫區傳感器的采光窗易積碳和結焦也影響其正常工作。
更重要的一點是，現有的火焰監測裝置，在工作時需要靠近火焰，一般在1～3米內，而裝置的防爆設計并不完善。這就使火焰監測過程有不安全的因素存在。
(三)實用新型內容本實用新型的目的是設計一種可以遠距離工作的紫外線火焰監測裝置，具有良好的防爆性，能準確、及時、靈活地監測火焰燃燒狀態。
本實用新型設計的紫外線火焰監測裝置包括信號采集器、紫外線傳感器、信號處理電路，信號采集器包括殼體，透鏡、環形蓋和底蓋。殼體為防爆圓筒體，其頂部固裝凸透鏡，環形蓋緊壓透鏡，環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的傳感器及與之連接的預處理電路。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線從此孔引出。透鏡在信號采集器殼體頂部，將待測點火焰的紫外線聚光于傳感器上，傳感器接收紫外線信號并通過與之連接的電路將其轉換為電平信號輸出。
本實用新型的優點為1、信號采集器按防爆標準設計，殼體的各個聯接處均有大于20毫米的防爆面，保證安全；2、信號采集是針對干擾少的火焰中的紫外線光信號，且經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，對火焰的監測準確及時；3、本裝置在距離現場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、信號采集器可在支撐架上旋轉，便于調節，瞄準需要監測的地點；5、信號采集器與信號變送器相連接，即可將傳感器輸出的紫外線的脈沖模擬信號轉換為數字信號，與各種顯示裝置或控制裝置連接使用，便于本裝置的進一步擴展與升級；6、本裝置可靈活配置多種配件，適用于各種工業爐、火災消防和火矩等不同環境的火焰監測和調控；7、本裝置簡單小巧，成本低，適于在各種場合普及使用。
圖1為本實用新型紫外線火焰監測裝置的結構示意圖；圖2為本實用新型紫外線火焰監測裝置傳感器電路的框圖；圖3為本實用新型紫外線火焰監測裝置信號變送器電路框圖；圖4為本實用新型紫外線火焰監測裝置信號變送器結構示意圖；圖5為本實用新型紫外線火焰監測裝置信號采集器配裝導光筒結構示意圖。
具體實施方式
如圖1所示，本紫外線火焰監測裝置包括紫外線傳感器、信號采集器、信號處理電路，信號采集器包括殼體4，透鏡1、環形蓋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3，凸透鏡1卡在該凸臺3內，凸臺3側面上有外螺紋，螺紋長度大于20毫米。環形蓋2的內螺紋與凸臺3的外螺紋相配合，其內螺紋長度大于20毫米、略小于凸臺3外螺紋長度。環形蓋2的內孔直徑小于凸臺2內徑。環形蓋2通過螺紋與凸臺3密封連接，壓緊透鏡1，環形蓋2與凸臺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的傳感器及與之連接的信號處理電路。底蓋8上有引線孔9，傳感器信號線由此引出，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、環形蓋2、透鏡1及封閉的引線孔殼體4內形成防爆腔。
信號采集器殼體4外側中部固裝二銷軸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套在信號采集器殼體4外，二銷軸6與支架7二前端鉸接。信號采集器殼體4可在支架7上以銷軸6為軸旋轉。以便于調節信號采集器的角度，瞄準要檢測的火焰。
支架7底有固定柄13，便于固定、調節支架13。當固定柄13與底座縱向連接時，可調節監測器的方位，當固定柄13與底座橫向連接時，可調節監測器與被監測火焰的距離。
傳感器電路板5的電路框圖如圖2所示，包括傳感器、紫外線接收驅動電路、脈沖驅動電路、脈沖分析門控電路、計數處理電路、背景噪聲消除電路和輸出電路。紫外線接收驅動電路與傳感器連接，紫外線接收驅動電路驅動傳感器。脈沖驅動電路與脈沖分析門控電路及計數處理電路連接。傳感器與脈沖分析門控電路連接。傳感器接受紫外線、產生的信號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數處理電路連接，計數處理電路與輸出電路連接。脈沖驅動電路輸出脈沖同時送入脈沖分析門控電路和計數處理電路，脈沖以設定的T1間隔連續輸入時，脈沖分析門控電路保持持續開啟狀態；但如果脈沖間隔大于T1，脈沖分析門控電路關閉入口，脈沖驅動電路的脈沖暫停輸入，計數處理電路等待重新計數。當一系列脈沖輸入時，通過背景噪聲消除電路處理后，返回計數處理電路，計數處理電路將脈沖數疊加計數，達到設計值就在輸出電路產生一個標準脈沖信號，而計數處理電路重新開始計數。輸出電路在脈沖波延長到所需的間隔T2時輸出一個脈沖信號。
本紫外線火焰監測裝置可與信號變送器相連接。
信號變送器電路框圖如圖3所示，包括比較調整電路、超低頻轉換電路、信號放大電路。信號采集器輸出端，即傳感器電路的輸出端順序與比較調整電路、超低頻轉換電路及信號放大電路連接，由信號放大電路輸出。傳感器電路的脈沖信號送入比較調整電路，將脈沖調整為5ms的脈沖波，送入超低頻轉換電路，在此將脈沖轉換為相應的電壓及電流，經信號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、1～5V的電壓信號以及24V可驅動繼電器的電平信號。
信號變送器結構如圖4所示，其信號轉換電路板15固裝于具備防爆性能的轉換器機殼16內，防爆機蓋14與轉換器機殼16固接，封閉轉換器電路板15。機蓋14與機殼16嚙合面的截面曲線的長度大于20毫米，符合防爆要求。信號變送器有引線孔9’，用于來自信號采集器的信號線進入及信號變送器的輸出信號線引出。引線孔9’封閉結構與信號采集器的引線孔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’。轉換器機殼16上有固定槽17，用于信號變送器的安裝固定。
信號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，或者直接控制調節火焰燃燒狀況，便于本裝置的進一步擴展與升級。
本裝置的信號采集器或信號變送器也可直接與繼電器或電磁閥等控制裝置連接。例如在火災消防上使用時，信號采集器輸出驅動繼電器的電平信號，直接控制與之連接的泡沫滅火器開關，及時噴放泡沫滅火。本裝置的信號采集器或信號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。本裝置的信號采集器或信號變送器與報警器連接，可及時按設定要求聲和/或光報警。
如圖5所示，本裝置的信號采集器透鏡1前配裝耐高溫導光筒18，其側面有加壓孔18-1。導光筒18與環形蓋2密封連接。在監測工業爐火焰時，導光筒18避免粉塵污染透鏡影響紫外線采集，以保監測的正常進行。
權利要求1一種紫外線火焰監測裝置，包括信號采集器、紫外線傳感器、信號處理電路，其特征為信號采集器包括殼體(4)，透鏡(1)、環形蓋(2)和底蓋(8)；殼體(4)為防爆圓筒體，其頂部固裝凸透鏡(1)，環形蓋(2)緊壓透鏡(1)，環形蓋(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的傳感器及與之連接的信號處理電路。
2如權利要求1所述的紫外線火焰監測裝置，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(3)，凸透鏡(1)卡在該凸臺(3)內，凸臺(3)側面上有外螺紋，螺紋長度大于20毫米；環形蓋(2)的內螺紋與凸臺(3)的外螺紋相配合，其內螺紋長度大于20毫米、略小于凸臺(3)外螺紋長度；環形蓋(2)的內孔直徑小于凸臺(2)內徑，環形蓋(2)通過螺紋與凸臺(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如權利要求1或2所述的紫外線火焰監測裝置，其特征為信號采集器殼體(4)外側中部固裝二銷軸(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)套在信號采集器殼體(4)外，二銷軸(6)與支架(7)二前端鉸接。
4如權利要求3所述的紫外線火焰監測裝置，其特征為支架(7)底有固定柄(13)。
5如權利要求1或2所述的紫外線火焰監測裝置，其特征為傳感器電路板(5)的電路包括傳感器、紫外線接收驅動電路、脈沖驅動電路、脈沖分析門控電路、計數處理電路、背景噪聲消除電路和輸出電路；紫外線接收驅動電路與傳感器連接，脈沖驅動電路與脈沖分析門控電路及計數處理電路連接，傳感器與脈沖分析門控電路連接。
6如權利要求1或2所述的紫外線火焰監測裝置，其特征為本紫外線火焰監測裝置與信號變送器相連接；信號變送器電路包括比較調整電路、超低頻轉換電路、信號放大電路；信號采集器輸出端，即傳感器電路的輸出端順序與比較調整電路、超低頻轉換電路及信號放大電路連接，由信號放大電路輸出。
7如權利要求6所述的紫外線火焰監測裝置，其特征為信號變送器的信號轉換電路板(15)固裝于具備防爆性能的轉換器機殼(16)內，防爆機蓋(14)與轉換器機殼(16)固接，封閉轉換器電路板(15)；機蓋(14)與機殼(16)嚙合面的截面曲線的長度大于20毫米，信號變送器有引線孔(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如權利要求7所述的紫外線火焰監測裝置，其特征為轉換器機殼(16)上有固定槽(17)。
9如權利要求1或2所述的紫外線火焰監測裝置，其特征為信號采集器或信號變送器直接與繼電器或電磁閥等控制裝置、或顯示裝置、或報警器連接。
10如權利要求1或2所述的紫外線火焰監測裝置，其特征為信號采集器透鏡(1)前配裝耐高溫導光筒(18)，其側面有加壓孔(18-1)；導光筒(18)與環形蓋(2)密封連接。
專利摘要本紫外線火焰監測裝置的透鏡在殼體頂部，將待測點火焰的紫外線聚光于傳感器上，傳感器接收紫外線信號并通過與之連接的電路將其轉換為電平信號輸出。信號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；信號采集是針對火焰中的紫外線光信號，經透鏡聚集并由特制的紫外線傳感器接收，靈敏度高，在距離現場600米處仍可工作，確保安全，也延長了傳感器壽命；信號采集器可在支撐架上旋轉，便于調節、瞄準；信號采集器與信號變送器相連接，將模擬信號轉換為數字信號，與各種顯示裝置或控制裝置連接使用；靈活配置多種配件，以適用于各種工業爐、火災消防和火矩等不同環境的火焰監測及調控。
文檔編號F23M11/00GK2674305SQ20032011486
公開日2005年1月26日 申請日期2003年10月21日 優先權日2003年10月21日
發明者趙景為 申請人:趙景為