專利名稱：應用在高溫火焰監視系統中的火焰探頭的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種火焰探頭。更具體地說，是一種應用在高溫火焰(如火力發電廠鍋爐燃燒火焰)監視系統中的火焰探頭。
對于高溫燃燒環境狀況的監視，其經濟意義是不言而喻的。如火力發電廠鍋爐燃燒火焰，是數拾萬千瓦電力產生的第一步，鍋爐自身的造價數拾億元。因此，不論是鍋爐自身安全，還是為把熱能轉換成電能更為有效，監視都是十分必要的，可以說是火力發電不可缺少的僅器設備。
現有技術中，應用在該場合中的火焰探頭都是采用光學鏡片傳像技術。但是，從鍋爐自身的結構來說，其爐壁既是火焰限定邊界，又是被加熱水的熱交換區，為了減少燃燒區邊界以外的熱能損失，同時也為工人正常的維護，操作提供可以耐受的環境溫度，其爐壁外部必需設置保溫層和防護層。這樣一來，爐壁就有了相當的厚度。為了能對爐內火焰有充分的場景觀察，攝取圖象的鏡頭必須伸入到爐內側(此處為1600℃左右的高溫區)，而鏡頭的成像面又必須處在爐壁外部(爐壁外部為隨季節變化的常溫區)，就爐壁厚度一般而言，攝取燃燒場景的鏡頭從最前面的鏡片到成象面太約有600mm左右，由相應長度的金屬筒定位各光學鏡片。根據光學鏡片傳像的技術特點，我們不難看出，由于金屬的熱脹冷縮，現有技術中以金屬筒為基礎的鋼性聯接，在這個特定的距離內很難在允許的誤差范圍內嚴格符合如下技術要求1、保持一定的鏡片距離。2、保持精密的光學軸心的同心度。不僅如此，其使用壽命也受到極大限制。為了讓這種特殊加長的鏡頭在溫差變化如此大的環境中安全、有效地工作，其結構設計有相當大的難度，使用壽命受到相當的限制。
本發明的目的在于避免上述現有技術中的不足之處，提供一種結構簡單、可保證傳像質量、使用壽命長、維護方便、能行之有效地應用在高溫火焰監視系統中的火焰探頭。
本發明的目的通過如下技術方案實現本發明的結構特點是采用光纖傳像，由耦合器將物鏡與光纖束耦合連接，外部設置隔熱鞘。
光纖束，由數拾萬根光纖按一定秩序排列，首尾一一對應，每單根光學纖維由兩種具有不同折射率n的玻璃組成，其結構如同導線，由芯線和包層組成，芯線材料的折射率大于包層材料的折射率，單根光纖最大直徑約為10微米，光纖束由數拾萬根光纖包扎在一起，并由很短的金屬外套與膠粘結，其余部分為松散狀，外部加套保護膠管和金屬軟管，柔軟可彎曲，長度從600mm到幾米可以制造，最火外徑為15mm左右。因此與已有技術相比，本發明具有如下優點1、與已有技術中金屬套筒相比，本發明光纖束最大外徑僅為15mm左右，占用空間很小，因而保護它在爐壁內外溫差變化區的結構在機械上條件寬松，易于實現。
2、由于玻璃線脹系數遠比金屬小，則同樣溫差造成的絕對變化量遠比金屬小，加之幾十萬根同處在一樣溫度條件中，同脹同縮，光路上無相對誤差，因而可保證傳象質量。
3、由于能夠很好地適應熱脹冷縮的工作環境，使本發明較之現有技術使用壽命大大提高、維護方便。


圖1為本發明結構示意圖。
圖2為本發明應用在監視系統中的結構原理圖。
以下通過實施例，結合附圖對本發明作進一步描述。
實施例
參見附圖1、2，采用光纖傳像，由耦合器2將物鏡1與光纖束3耦合連接，外部設置隔熱鞘。
本實施例中，物鏡1采用大視場物鏡，其視場角為90度。耦合器2為長度可調的螺紋套筒。隔熱鞘為多層結構，內層為石英玻璃密封管4，外部為多層薄壁金屬套管，在薄壁金屬套管的前端形成視窗8，薄壁金屬套管為三層，包括內層金屬套管5、中層金屬套管6和外層金屬套管7。各層間有流動的壓力冷卻介質，壓力冷卻介質由隔熱鞘鞘尾壓入，流經隔熱鞘層間，從視窗8噴出。壓力冷卻介質可以是壓縮空氣。
如圖2所示，具體實施中，設置裝有散熱片10的定位套9，將該定位套9固定焊接在爐壁上，探頭插入定位套9，并由螺紋套管11旋緊固定。這一安裝方式可極大地方便維護。為了有效地進行隔熱，在定位套9與探頭外層金屬套管7之間，同樣設置流動的冷卻介質夾層，即流動的壓縮空氣層，壓縮空氣入口12設置在散熱片10中。
本實施例中由于冷氣流不斷在隔熱鞘夾層中流過，并從薄壁金屬套管前端形成的視窗中噴出，不但能持續吹掃物鏡前滯留的燃燒灰塵，保持視窗部位的清潔，而且，冷介質的流動使得由外層熱輻射和對流傳導的熱量被冷介質帶走，并形成沿徑向上的溫度梯度，從而為處在多層包圍之中的物鏡及光纖束等部件提供正常工作所需的溫度環境。
如圖2所示，通過調整耦合器的長度，使物鏡成像在光纖束端面上，由光纖束將所攝取的現場實象分解為各個象素，并傳遞到其另一端面，在該端面上，由轉向鏡13投射到CCD電荷耦合器，實現光電耦合及光電轉換，即完成了火焰探頭的信號檢測。在后繼的系統裝置中，以視頻信號輸出，最終可在顯示器上重顯現場狀況。
權利要求
1.一種應用在高溫火焰監視系統中的火焰探頭，其特征是采用光纖傳像，由耦合器(2)將物鏡(1)與光纖束(3)耦合連接，外部設置隔熱鞘。
2.根據權利要求1所述的應用在高溫火焰監視系統中的火焰探頭，其特征是所述耦合器(2)為長度可調的螺紋套筒。
3.根據權利要求1所述的應用在高溫火焰監視系統中的火焰探頭，其特征是所述隔熱鞘為多層結構，內層為石英玻璃密封管(4)，外部為多層薄壁金屬套管，在薄壁金屬套管的前端形成視窗(8)，各層間有流動的壓力冷卻介質，壓力冷卻介質由隔熱鞘鞘尾壓入，流經隔熱鞘層間，從視窗(8)噴出。
4.根據權利要求3所述的應用在高溫火焰監視系統中的火焰探頭，其特征是所述多層薄壁金屬套管為三層，包括內層金屬套管(5)、中層金屬套管(6)和外層金屬套管(7)。
5.根據權利要求3所述的應用在高溫火焰監視系統中的火焰探頭，其特征是所述流動在隔熱鞘層間的壓力冷卻介質為壓縮空氣。
全文摘要
一種應用在高溫火焰監視系統中的火焰探頭,其特征是采用光纖傳像,由耦合器將物鏡與光纖束耦合連接,外部設置隔熱鞘。本發明結構簡單、可保證傳像質量、使用壽命長、維護方便、能行之有效地應用在高溫火焰監視系統中作為火焰探頭。
文檔編號G01J5/08GK1262429SQ99114039
公開日2000年8月9日 申請日期1999年1月29日 優先權日1999年1月29日
發明者劉麗潔 申請人:合肥海克光電技術有限責任公司