專利名稱：火焰檢測器和檢測火焰的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開涉及火焰檢測器和檢測火焰的方法。
背景技術(shù)：
火焰檢測器可被用來檢測諸如石油平臺的多個不同環(huán)境中的火焰(例如火)的存 在。例如，火焰檢測器可通過檢測由火焰所發(fā)射的光(例如，輻射)來檢測火焰的存在。因為火焰的主發(fā)射是中波紅外(麗IR)光(例如，具有3. O至5. O微米的波長的光)，先前的火焰檢測器可被配置成僅檢測和/或處理MWIR光。就是說，先前的火焰檢測器也許不能檢測和/或處理麗IR范圍之外的光。然而,僅檢測和處理MWIR光可降低火焰檢測器的有效性。例如，可僅檢測和/或處理MWIR光的先前的火焰檢測器可能具有高的錯誤報警率(例如，這種先前的火焰檢測器可能頻繁地指示在實際上不存在火焰的環(huán)境中已經(jīng)檢測到火焰)。


圖I說明了按照本公開的ー個或多個實施例的火焰檢測器的一部分的分解圖。圖2說明了按照本公開的ー個或多個實施例的火焰檢測器的側(cè)視圖。圖3說明了按照本公開的ー個或多個實施例的檢測火焰的方法。
具體實施例方式在此描述了火焰檢測器和檢測火焰的方法。例如，一個或多個實施例包括光學元件，被配置成處理從區(qū)域發(fā)射的中波紅外光和長波紅外光，以及測輻射熱計，被配置成基于由該光學元件所處理的中波紅外光和長波紅外光來檢測區(qū)域中的火焰。除了檢測和/或處理中波紅外(麗IR)光(例如，具有3. O至5. O微米的波長的光)，按照本公開的ー個或多個實施例的火焰檢測器可檢測和/或處理MWIR范圍之外的光。例如，按照本公開的ー個或多個實施例的火焰檢測器可檢測和/或處理長波紅外(LWIR)光(例如，具有8. O至12. O微米的波長的光)。由此，相比于先前的火焰檢測器，按照本公開的一個或多個實施例的火焰檢測器可具有増加的有效性。例如，按照本公開的ー個或多個實施例的火焰檢測器可具有比先前的火焰檢測器更低的錯誤報警率。例如，因為除了火焰之外的區(qū)域中的其它物體(例如，在環(huán)境溫度下的物體、區(qū)域中的背景物體、和/或區(qū)域中的人)的主發(fā)射可能是LWIR光，所以按照本公開的ー個或多個實施例的火焰檢測器除了檢測火焰的存在之外，可檢測區(qū)域中的這種物體的存在。由此，按照本公開的ー個或多個實施例的火焰檢測器可提供關(guān)于(例如，識別)區(qū)域中火焰的位置(例如，來源)的信息和/或火焰正燃燒的區(qū)域(例如，現(xiàn)場)的視圖。在隨后的詳細說明中，對形成其一部分的附圖進行參考。附圖以說明的方式示出了本公開的ー個或多個實施例可如何被實踐。這些實施例被足夠詳細地描述以使本領(lǐng)域普通技術(shù)人員能夠?qū)嵺`本公開的ー個或多個實施例。要理解的是，可利用其它實施例，并且可在不背離本公開的范圍的情況下，做出過程、電氣、和/或結(jié)構(gòu)的改變。如將被理解的，可増加、交換、組合、和/或消除在此的各種實施例中所示的元件，以便提供本公開的多個附加的實施例。圖中所提供的元件的比例和相對尺度意在說明本公開的實施例，并且不應當以限制意義進行。在此的附圖遵循編號規(guī)定，其中首先的ー個數(shù)字或多個數(shù)字與附圖的圖號相對
應，以及其余的數(shù)字識別了在該附圖中的元件或部件。在不同的圖之間的相似的元件或部件可以通過使用相似的數(shù)字來識別。例如，102可以涉及圖I中的元件“02”，以及相似的元件可被涉及為圖2中的202。如在此所使用的，“ー個”或“多個”事物可指的是ー個或多個這種事物。例如，“多個光學元件”可指的是ー個或多個光學元件。圖I說明了按照本公開的ー個或多個實施例的火焰檢測器100的一部分的分解圖。如圖I中所示的，火焰檢測器100可包括光學元件102和測輻射熱計104。例如，如圖I中所說明的實施例中所示的，光學元件102可包括透鏡106和濾光器108。然而，本公開的實施例不被如此限制。例如，在一些實施例中，光學元件102可不包括濾光器。例如，在一些實施例中，光學元件102可僅包括透鏡(例如，透鏡106)。作為附加的示例，在一些實施例中，光學元件102可包括快門來代替濾光器108。例如，透鏡106可以是雙中波紅外(麗IR)和長波紅外(LWIR)透鏡(例如，麗IR光和LWIR光兩者均可穿過的透鏡)。附加地和/或替代地，例如，透鏡106可以是硫?qū)倩?chalcogenide)透鏡和/或硅透鏡(例如，透鏡106可包括硫?qū)倩锖?或硅材料)。例如，透鏡106可具有5毫米的直徑。然而，本公開的實施例不限于透鏡106的特定直徑。例如，濾光器108可以是藍寶石和/或鋁氧氮化物(AION)過濾器，和/或可包括硅氧化物(SiO2)和/或硫化鎘(CdS)。在一些實施例中，濾光器108可具有固定的強度比率和/或固定的紅外發(fā)射譜線。在一些實施例中，濾光器108可以是放置在測輻射熱計104之上(例如在測輻射熱計104和透鏡106之間)的固定的(例如，不可移動的)過濾器。在一些實施例中，濾光器108可以是可移動的過濾器。例如，濾光器108可以從不在測輻射熱計104和透鏡106之間的位置(例如，從圖I中所說明的位置)移動到測輻射熱計104和透鏡106之間的位置。在圖I中所說明的實施例中，光學元件102包括單個濾光器(例如，濾光器108)。然而，本公開的實施例不被如此限制。例如，在一些實施例中，光學元件102可包括多個(例如兩個)濾光器。盡管為了清楚和不至于使本公開的實施例模糊而未在圖I中示出，但在ー些實施例中，光學元件102可包括鄰近(例如，在其上和/或附著到)濾光器108的第一側(cè)的寬帶反射器，以及鄰近濾光器108的第二(例如，相対)側(cè)的寬帶發(fā)射器。
在圖I中所說明的實施例中，透鏡106和濾光器108是分離的(例如，未附著)。然而，本公開的實施例不被如此限制。例如，在一些實施例中，濾光器108可被附著到透鏡106(例如，施加到其面部和/或疊加到其上)。例如，如圖I中所示，測輻射熱計104可包括像素陣列110。在圖I中所說明實施例中，測輻射熱計104包括單個像素陣列(例如，陣列110)。然而，本公開的實施例不被如此限制。例如，在一些實施例中，測輻射熱計104可包括多個(例如，分離的)像素陣列。在一些實施例中，測輻射熱計104可包括為了清楚和不至于使本公開的實施例模糊而未在圖I中示出的多種不同材料(例如，層)。例如，在一些實施例中，測輻射熱計104可包括反射器、真空間隙、吸收器、氮化硅(Si3N4)材料、氧化釩(VOx)材料、以及附加的Si3N4材料。例如，反射器可具有100納米(nm)的厚度。例如，真空間隙可具有400nm或2800nm的厚度。例如，吸收器可具有90 Ohm每平方(Ω/sq)的薄層電阻。例如，Si3N4材料可均具 有200nm的厚度。例如，VOx材料可具有l(wèi)OK/sq的厚度。相反，先前的測輻射熱計的真空間隙的厚度可以是例如1800nm，先前的測輻射熱計的Si3N4材料的厚度可以是例如300nm，以及先前的測輻射熱計可以不包括吸收器。光學元件102 (例如，透鏡106和/或過濾器108)可處理(例如，捕獲)從區(qū)域(例如火焰所在的或可能存在的區(qū)域)發(fā)射的MWIR光(例如，具有3. O至5. O微米的波長的光)和LWIR光(例如，具有8. O至12. O微米的波長的光)。麗IR光(例如，麗IR輻射)可包括由區(qū)域中的火焰所發(fā)射的光，以及LWIR光(例如，LWIR輻射)可包括由除了火焰之外的區(qū)域中的ー個或多個物體(例如，在環(huán)境溫度下的區(qū)域中的物體、區(qū)域中的背景物體、和/或區(qū)域中的人)所發(fā)射的光。例如，由火焰所發(fā)射的光可具有2. 7微米或4. 2至4. 4微米的波長。就是說，火焰可以是例如主發(fā)射來自H2O的氫火焰，或主發(fā)射來自C02的烴火焰。然而，實施例不限于特定類型的火焰或由火焰所發(fā)射的光波長。例如，火焰的溫度可以是150攝氏度或400攝氏度。就是說，火焰可從例如點火器或火炬發(fā)出。然而，實施例不限于特定的火焰源或溫度。測輻射溫度計104可基于由光學元件102所處理的麗IR光和LWIR光來檢測區(qū)域中的火焰(例如，確定其存在)。例如，在光學元件不包括濾光器108的實施例(例如，光學元件102僅包括透鏡106)中，像素陣列110可吸收由光學元件102所處理的麗IR光的一部分和由光學元件102所處理的LWIR光的一部分。由陣列110所吸收的麗IR光的一部分可以多于由陣列110所吸收的LWIR光的一部分(例如，陣列110可以對麗IR光比對LWIR光更敏感)。例如，陣列110可吸收由光學元件102所處理的100% (例如所有)的麗IR光，但僅吸收由光學元件102所處理的50-60%、5-20%、或5-10%的LWIR。然而，本公開的實施例不限于由陣列110所吸收的特定部分的麗IR或LWIR光。測輻射熱計104可接著生成圖像(例如，單個圖像)，該圖像將由陣列110所吸收的麗IR光的一部分和由陣列110所吸收的LWIR光的一部分進行組合。就是說，該圖像將由火焰所發(fā)射的光與由除了火焰外的區(qū)域中的物體所發(fā)射的光進行組合。由此，該圖像可既顯示火焰，又顯示該火焰正燃燒的整個現(xiàn)場(例如，可相對于和/或區(qū)別于更低強度的LWIR空間背景來看見由火焰所發(fā)射的MWIR光)。在測輻射熱計104包括多個像素陣列的實施例中，第一陣列(或第一多個陣列)可吸收由光學元件102所處理的MWIR光，以及第ニ陣列(或第二多個陣列)可吸收由光學元件102所處理的LWIR光。測輻射熱計104可接著生成圖像，該圖像對由第一陣列(或第一多個陣列)所吸收的麗IR光和由第二陣列(或第二多個陣列)所吸收LWIR光進行組合。作為附加的示例，在光學元件102包括濾光器108的實施例中，濾光器可交替地防止(例如，阻止)麗IR光和LWIR光到達測輻射熱計104。就是說，濾光器108可交替地用作阻止麗IR光的麗IR過濾器和阻止LWIR光的LWIR過濾器。在一些實施例中，濾光器108可包括單個過濾器(例如，單個組合的MWIR和LWIR過濾器)，以及在一些實施例中，濾光器108可包括兩個過濾器(例如，分離的MWIR和LWIR過濾器)。在這種示例中，測輻射熱計104可生成麗IR光和LWIR光的分離的圖像。例如，當濾光器108正阻止LWIR光時，測輻射熱計104可生成麗IR光的第一圖像，以及當濾光器108正阻止麗IR光吋，測輻射熱計104可生成LWIR光的第二圖像。就是說，由火焰所發(fā)射的光和由區(qū)域中的附加物體所發(fā)射的光可在分離的圖像中以完全強度被顯示(例如，可對 現(xiàn)場進行去耦以提供與LWIR現(xiàn)場圖像分離的麗IR火焰圖像)。在光學元件102包括代替濾光器108的快門的實施例中，該快門可以按與濾光器108相似的方式來交替地防止麗IR光和LWIR光到達測輻射熱計104。測輻射熱計104可接著生成麗IR光和LWIR光的分離圖像(例如，當快門正阻止LWIR光時的麗IR光的第一圖像，以及當快門正阻止麗IR光時的LWIR光的第二圖像)。圖2說明了按照本公開的ー個或多個實施例的火焰檢測器200的側(cè)視圖。例如，火焰檢測器200可以是結(jié)合圖I先前所描述的火焰檢測器100。如圖2中所示的，火焰檢測器200包括多個(例如復數(shù)個)光學元件202。例如，多個光學元件可以是十二個。然而，本公開的實施例不限于特定數(shù)量的光學元件。光學元件202可以與結(jié)合圖I先前所描述的光學元件102類似。例如，光學元件202可包括透鏡、濾光器、和/或快門，以及可以按與光學元件102類似的方式來處理MWIR光和LWIR光。如圖2中所示，光學元件202 (例如，光學元件202的透鏡)可被放置在火焰檢測器200的球形表面220上。例如，球形表面220可具有32毫米的直徑。然而，本公開的實施例不限于球形表面220的特定直徑。如圖2中所說明的實施例來在球形表面(例如球形表面220)上放置光學元件202可增加(例如，加寬)火焰檢測器200的視場。例如，火焰檢測器200可具有120X60的視場，以及320X240的25微米的間距陣列。然而，本發(fā)明的實施例不限于火焰檢測器200的特定視場或間距陣列。盡管為了清楚和不至于使本公開的實施例模糊而未在圖2中示出，火焰檢測器200可包括與結(jié)合圖I先前所描述的測輻射熱計104類似的測輻射熱計(例如，單個測輻射熱計)。例如，該測輻射熱計可以按與測輻射熱計104類似的方式，基于由光學元件202所處理的麗IR光和LWIR光來檢測火焰。圖3說明了按照本公開的ー個或多個實施例的檢測火焰的方法330。例如，方法330可分別由結(jié)合圖I和/或2先前所描述的火焰檢測器100和/或200所執(zhí)行。在方框332處，方法330包括檢測從區(qū)域(例如，火焰可能所在或存在的區(qū)域)發(fā)射的中波紅外(MWIR)光和長波紅外(LWIR)光。例如，可使用(例如，由)光學元件(例如，光學元件102和/或202)以與結(jié)合圖I和/或2先前在此所描述的相類似的方式來檢測麗IR和LWIR光。在方框334，方法330包括基于所檢測的MWIR光和LWIR光來確定火焰是否在該區(qū)域中。例如，可使用測輻射熱計(例如，測輻射熱計104)以與結(jié)合圖I先前在此所描述的相類似的方式來進行該確定。盡管已經(jīng)在此說明和描述了特定的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將理解的是，被考慮來實現(xiàn)相同技術(shù)的任何布置可取代所示的特定實施例。本公開意在覆蓋本公開的各種實施例的任何和所有改編或變形。要理解的是，已經(jīng)以說明的方式而非限制方式做出了以上描述。在回顧以上描述時，以上實施例的組合以及未在此明確描述的其它實施例將對于本領(lǐng)域技術(shù)人員是清楚的。本公開的各種實施例的范圍包括使用以上結(jié)構(gòu)和方法的任何其它應用。因此，應當參照所附的權(quán)利要求以及這些權(quán)利要求所授權(quán)的等同方式的全部范圍來確定本公開的各種實施例的范圍。在前述詳細描述中，出于使本公開流線化的目的而在圖中所說明的示例實施例中將各種特征集中在一起。公開的這種方法不被解釋為反映了本公開的實施例需要比在每個權(quán)利要求中明確敘述的特征更多的特征。而是，如隨后的權(quán)利要求所反映的，發(fā)明性主題在于少于單個所公開的實施例的所有特征。因此，隨后的權(quán)利要求在此被合并到詳細描述中，其中每個權(quán)利要求獨立地作為單獨的實施例。
權(quán)利要求
1.一種火焰檢測器(100，200)，包括 光學元件(102，202)，被配置成處理從區(qū)域發(fā)射的中波紅外光和長波紅外光；以及 測輻射熱計(104)，被配置成基于由該光學元件(102，202)所處理的中波紅外光和長波紅外光來檢測該區(qū)域中的火焰。
2.權(quán)利要求I的火焰檢測器(100，200)，其中該測輻射熱計(104)包括像素陣列(100)，該像素陣列(100)被配置成吸收由該光學元件(102，202)所處理的中波紅外光的一部分和由該光學元件(102，202)所處理的長波紅外光的一部分。
3.權(quán)利要求2的火焰檢測器(100，200)，其中該中波紅外光的一部分多于該長波紅外光的一部分。
4.權(quán)利要求I的火焰檢測器(100，200)，其中該光學元件(102，202)包括濾光器(108)，該濾光器(108)被配置成交替地防止該中波紅外光和該長波紅外光到達該測輻射熱計(104)。
5.權(quán)利要求4的火焰檢測器(100，200)，其中該濾光器(108)是固定的濾光器。
6.權(quán)利要求4的火焰檢測器(100，200)，其中該濾光器(108)是可移動的濾光器。
7.權(quán)利要求I的火焰檢測器(100，200)，其中該光學元件(102，202)包括快門，該快門被配置成交替地防止該中波紅外光和該長波紅外光到達該測輻射熱計(104)。
8.權(quán)利要求I的火焰檢測器(100，200)，其中該光學元件(102，202)包括雙中波紅外和長波紅外透鏡(106)。
9.權(quán)利要求I的火焰檢測器(100，200)，其中 該中波紅外光包括由火焰所發(fā)射的光；以及 該長波紅外光包括由除了火焰外的該區(qū)域中的ー個或多個物體所發(fā)射的光。
10.權(quán)利要求9的火焰檢測器(100，200)，其中由火焰所發(fā)射的光具有2.7微米或4. 2至4. 4微米的波長。
全文摘要
在此描述了火焰檢測器和檢測火焰的方法。一種設備包括被配置成處理從區(qū)域發(fā)射的中波紅外光和長波紅外光的光學元件，以及被配置成基于由該光學元件所處理的中波紅外光和長波紅外光來檢測該區(qū)域中的火焰的測輻射熱計。
文檔編號G01J1/42GK102865922SQ201210228839
公開日2013年1月9日 申請日期2012年7月4日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月5日
發(fā)明者B.E.科爾 申請人:霍尼韋爾國際公司