CN201170810Y - 高温火焰图像传感器 - Google Patents

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Abstract

一种高温火焰图像传感器，属于高温环境下的特种光学视频探头制造，由输像***和彩色CCD摄像机组成，输像***包括蓝宝石耐高温光学***和保护套管，保护套管由通过固定件连接固定的外套管、镜管组成，耐高温光学***固定在镜管内，光学***由物镜组、棱镜组、转像透镜组组成，其特征是物镜组为凸面相对的二片平凸透镜，棱镜组为斜面互为倒置的两块直角棱镜，转像透镜组包括转像物镜组和转像目镜组，为双分离透镜组，本实用新型使用寿命长，无需冷却，聚光效果好，摄像***稳定，图像清晰，可随意调整观察位置，结构简单，视场调节范围宽。

Description

高温火焰图像传感器
技术领域
本实用新型属于高温环境下的特种光学视频探头制造，涉及高温火焰工业电视监控设备和锅炉图像火检报警设备。
背景技术
采用高温火焰图像传感器，实现在集控室内观看锅炉炉膛火焰的工业电视和计算机图像处理、判断燃烧情况的图像火检信号，在大型锅炉中已被应用。高温火焰图像传感器由光学潜望镜及摄像机组成，对火焰成像并转换成视频信号。将潜望镜安装在锅炉火嘴附近，摄像镜头伸到炉膛内监测燃烧器喷口实时火焰时，要求必须耐800℃以上的高温。潜望镜的耐高温和***清晰成像是高温火焰图像传感器的关键技术。
用于监测锅炉燃烧器的内窥式火焰潜望镜主要有光学输像和光纤输像***两种。目前被使用的光学输像潜望镜普遍镜身偏短，使得CCD摄像机被迫前移，因CCD允许最高工作温度50℃，不得不配置复杂的设备对镜头和摄像机进行强制风、水冷却，且经常容易损坏。光纤输像潜望镜虽能实现镜身延长，但光导纤维耐热性能差，一般只能在135℃温度中工作，使用时仍需要强制风冷，测点位置受到限制，安装麻烦、监测困难。
发明内容
本实用新型的目的是为克服现有技术的不足，在无冷却条件下，将潜望镜光学镜头从炉壁***炉膛内，通过输像***和摄像机获得燃烧器喷口火焰燃烧状态的真实火焰图像信号，以达到耐高温实时监视、保护安全生产目的。
本实用新型所述的高温火焰图像传感器包括输像***和彩色CCD摄像机。
本实用新型所述的输像***包括耐高温光学***和保护套管。保护套管是为了保障光学***正常工作而设置，由外套管、镜管组成。外套管和镜管由外套管与镜管固定件连接、固定。光学***固定在镜管内，光学***由物镜组、棱镜组、转像透镜组组成。物镜组固定在镜头体按拐视要求的光轴偏转的剖面上，安装在镜管的前端，由物镜对燃烧火焰成像，然后经棱镜组的转角，再经转像透镜组传输，最后将理想的图像传给CCD靶面，由摄像机转换成视频信号传给监视器。
本实用新型所述的物镜组是二片平凸透镜、凸面相对的聚光镜。利用小孔成像原理，聚光镜作为物镜能使暗视场的炉内图像光线均匀传递到CCD靶面，平凸透镜采用蓝宝石光学元件制作，不仅可以弥补炉内光量不足，成像清晰，而且耐高温性能好。
本实用新型所述的棱镜组是两块尺寸不同的直角棱镜，两棱镜的斜面互为倒置，不仅能改变光的方向、调整成像位置，还具有消色差的作用。第一棱镜为进光棱镜，第二棱镜为全反射棱镜，光射过第一棱镜后再射入到第二棱镜时，经两个反射面再向后反射，两棱镜其它几个面磨砂。棱镜组采用蓝宝石光学元件制作，不仅光透好、耐高温、反射投影的距离远，在输像***中对转像透镜具有隔热保护作用。
本实用新型所述的转像透镜组包括转像物镜组和转像目镜组，采用双分离透镜组的形式，起到消色差的作用。另外，为使镜片组的结构简化，用同一种参数的双凸透镜、弯月透镜，使其既能组合成转像物镜组，也能构成转像目镜组，使两组透镜组能够互换，只是朝向不同。
本实用新型在物镜组与棱镜组之间设置一个光栏调节孔，以调节视场范围。
本实用新型可在CCD靶面的前端设置一个靶距调整螺姆，调节调整螺姆，可使图像更为清晰。
本实用新型所述的保护镜管的外套管上，可设置一吹风口，风源经外套管的吹风口进入外套管和镜管的套层中，吹扫镜头上的灰尘，保证光学***成像质量。
本实用新型所述的CCD摄像机，设有CCD保护罩以防尘。
本实用新型光学潜望镜图像采集时具有90℃以上的视场角，水平安装、能够拐视，直接在燃烧器煤粉射流火焰垂直方向实时监测各燃烧器着火区的火焰图像，使采集的图像清晰不变形，不受煤质、负荷及工况参数的影响。而且具有自清洁功能，防止炉内积灰和结焦的影响。
本实用新型内窥式光学潜望镜具有同类产品不具备的优势：
1、镜头前端物镜和棱镜组全由耐高温蓝宝石光学材料制成，使用寿命长，无需冷却；2、针孔镜头，增强聚光效果，在光线弱、烟气大时便于观察；3、镜管长，摄像***稳定；4、CCD靶面前端的靶距调整螺姆，使***具有调焦功能，能使图像更清晰；5、外保护套管吹风口，方便镜头吹灰；6、不受安装位置的限制，可随意调整观察位置；7、结构简单，使用方便。8、物镜组与棱镜组之间的光栏调节孔，可以方便地调节视场范围。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图。其中1为外套管，2为镜管，3为入光口，4为针孔，5为镜头体，6为转像物镜组，7为转像目镜组，8为吹风口，9为靶距调整螺母，10为CCD，11为CCD保护罩，12为外套管与镜管固定件。
图2为本实用新型的镜头体结构示意图。其中4为针孔，21为物镜A，22为物镜B，23为光栏调节孔，24为棱镜A，25为棱镜B。
图3为本实用新型的光学***图。其中21为物镜A，22为物镜B，23为光栏调节孔，24为棱镜A，25为棱镜B，6为转像物镜组，7为转像目镜组，M为CCD靶面。
具体实施方式
实施例
图1、图2为本实施例的结构示意图，图3为本实施例的光学***示意图。
其中物镜组(聚光镜)各数据如下：外圆8mm，焦距8.4mm，间距2mm。物镜A：中心厚度2.46mm，R1为∞，R2为6.55mm；物镜B：中心厚度2.46mm，R1为6.55mm，R2为∞；物镜A、物镜B所用材料均为AL2O3。
棱镜组各数据如下：棱镜A(进光棱镜)折射角为22.5°长为9mm，宽为9mm，h1为4.07mm，h2为7.8mm；棱镜B(全反射棱镜)折射角为22.5°长为22.8mm，宽为9mm，h1为1.35mm，h2为10.5mm；棱镜A、棱镜B所用材料均为AL2O3。
转像透镜组各数据如下：其中转像物镜组：外圆22mm，双凸透镜的焦距为128.951mm，中心厚度3.6mm，R1为186；R2为140，所用材料为ZK10；弯月透镜的焦距为-269.184mm，中心厚度2.4mm，R1为140；R2为622，所用材料为ZF2。
转像目镜组的双凸透镜、弯月透镜各数据与转像物镜组的双凸透镜、弯月透镜各数据相同。
棱镜组、转像物镜组、转像目镜组、CCD靶面距针孔的距离分别为30mm，300mm，800mm，1000mm。

Claims (4)

1、一种高温火焰图像传感器，由输像***和彩色CCD摄像机组成，输像***包括蓝宝石耐高温光学***和保护套管，保护套管由通过固定件连接固定的外套管、镜管组成，耐高温光学***固定在镜管内，光学***由物镜组、棱镜组、转像透镜组组成，其特征是物镜组为凸面相对的二片平凸透镜，棱镜组为斜面互为倒置的两块直角棱镜，转像透镜组包括转像物镜组和转像目镜组，为双分离透镜组。
2、根据权利要求1所述的传感器，其特征是在物镜组与棱镜组之间设置一个光栏调节孔。
3、根据权利要求1所述的传感器，其特征是在CCD靶面的前端设置一个靶距调整螺姆。
4、根据权利要求1所述的传感器，其特征是在保护镜管的外套管上，设置一吹风口。
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