CN204855370U - 一种具有对抗光束抖动的燃烧检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种具有对抗光束抖动的燃烧检测装置，包括发射端和接收端；发射端包括发射端离轴抛物面反射镜、发射端光纤耦合装置、发射端单模光纤；接收端包括倒置望远镜***、接收端离轴抛物面反射镜、接收端光纤耦合装置、接收端多模光纤；发射端单模光纤出射光束依次通过发射端耦合装置、发射端离轴抛物面反射镜射入燃烧炉；通过燃烧炉的光束依次经倒置望远镜***、接收端离轴抛物面反射镜、接收端光纤耦合装置进入接收端多模光纤。本实用新型燃烧检测装置能有效对抗光束抖动，有利于准确、稳定地采集和提取信号。

Description

一种具有对抗光束抖动的燃烧检测装置

技术领域

本实用新型涉及一种具有对抗光束抖动的燃烧检测装置，具体涉及一种用于多波段监测多种气体燃烧参数的激光发射及激光信号收集装置。

背景技术

在中国，绝大多数电力来自于火力发电。但是现在火力发电污染很大，效率也比较低下。而温度和CO2浓度等都是炉膛中燃烧的重要参数。基于激光光谱原理的光学类传感器业已用于解决与提取测量技术相关的浓度成分测量问题，并且基于激光原理的测量技术也具有提供适用于动态过程控制的高速反馈优点。以用来测量燃烧气体成分、温度场与其他燃烧参数的技术是可调谐二极管激光吸收光谱法（TDLAS）。TDLAS检测燃烧***需要将多于两种波长的激光合并成一束光通过炉膛，进入接收端的光学天线然后耦合进光纤。由于接收端探测器的光敏面或者光纤的芯径都较小，导致***的视场角小，光束稍有偏转（往往是毫弧度量级的偏转）将会导致接收光强发生抖动。专利US7469092所述装置中，以及Teichert、Fembolz与Ebert三人在他们的论文“SimultaneousinsituMeasurementofCO、H2OandGasTemperatureinaFull-Sized,Coal-FiredPowerPlantbyNear-InfraredDiodeLasers,”(AppliedOptics,42(12):2043,20April2003)中所述的装置，在火电厂锅炉炉膛严酷和多变的环境中，接收到的信号都发生了剧烈的抖动，需对信号做长时间的平均来消除误差，因此不能实现实时检测。温度变化及颗粒所致折射率变化等都导致光束到达角抖动，光束到达角的抖动将会影响激光耦合进入光纤中的效率并导致探测器接收信号抖动，这需要能够抵抗光束到达角抖动的发射和接收装置。

发明内容

本实用新型的目的是为了克服现有的激光测量燃烧室气体温度的装置中，因光束到达角抖动引起的接收机输出信号幅度抖动的不足。

为了达到上述目的，本实用新型提供了一种具有对抗光束抖动的燃烧检测装置，包括发射端和接收端；发射端包括发射端离轴抛物面反射镜、发射端光纤耦合装置、发射端单模光纤；接收端包括倒置望远镜***、接收端离轴抛物面反射镜、接收端光纤耦合装置、接收端多模光纤；发射端单模光纤出射光束依次通过发射端耦合装置、发射端离轴抛物面反射镜射入燃烧炉；通过燃烧炉的光束依次经倒置望远镜***、接收端离轴抛物面反射镜、接收端光纤耦合装置进入接收端多模光纤。

其中，倒置望远镜***包括同轴共焦的目镜和物镜；通过燃烧炉的光束依次经目镜、物镜后进入接收端离轴抛物面反射镜；目镜的焦距小于物镜的焦距。目镜和物镜表面均镀有信号光减反膜。

发射端离轴抛物面反射镜和接收端离轴抛物面反射镜的镜面上均镀有银膜。发射端离轴抛物面反射镜的通光口径小于等于接收端离轴抛物面反射镜的通光口径；发射端离轴抛物面反射镜的焦距小于接收侧离轴抛物面反射镜的焦距。发射端离轴抛物面反射镜的数值孔径小于接收侧离轴抛物面反射镜的数值孔径。

发射端单模光纤采用数值孔径为0.13-0.14的单模光纤。发射端离轴抛物面反射镜的数值孔径与发射端单模光纤的数值孔径相匹配。

接收端多模光纤的数值孔径大于接收端离轴抛物面反射镜的数值孔径；接收端多模光纤的纤芯直径不小于62.5um。

本实用新型相比现有技术具有以下优点：本实用新型通过在接收端离轴抛物面反射镜前添加一个倒置望远镜***压缩光束到达角，能够克服现有的激光测量燃烧室温度的装置中，因光束到达角抖动引起的接收机输出信号幅度抖动的不足，有利于准确、稳定地采集和提取信号。

附图说明

图1为本实用新型燃烧检测装置的结构示意图；

图2为入射光水平到达倒置望远镜***后对光束传递的理想情况；

图3为入射光以倾斜角度θ到达倒置望远镜***后的光束传递图。

图中，1-发射端离轴抛物面反射镜，2-发射端光纤耦合装置，3-发射端单模光纤，4-燃烧炉，5-倒置望远镜***，6-接收端离轴抛物面反射镜，7-接收端光纤耦合装置，8-接收端多模光纤。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型进行详细说明。

本实用新型燃烧检测装置是适用于监视燃烧过程的传感设备，可采用TDLAS方法检测炉膛温度和气体组分。包括发射端离轴抛物面反射镜1，发射端光纤耦合装置2，发射端单模光纤3，燃烧炉4，倒置望远镜***5，接收端离轴抛物面反射镜6，接收端光纤耦合装置7，接收端多模光纤8。

其中，发射端离轴抛物面反射镜1的焦距为33mm，发射光斑大小为8.5mm。接收端离轴抛物面反射镜6的焦距为50.8mm，通光孔径为22mm，接收端多模光纤8采用纤芯直径不小于62.5um、数值孔径大于0.22的多模光纤。发射端光纤耦合装置2及入射端光纤耦合装置7分别保证发射端单模光纤3和接收端多模光纤8的发射中心位于发射端离轴抛物面反射镜1和接收端离轴抛物面反射镜6的焦点处。

如图2所示，倒置望远镜***5包括目镜51，物镜52。两个镜组同轴共焦，并且51的焦距小于52的焦距。理想情况如图2所示，平行光束水平到达倒置望远镜***5处，光束与倒置望远镜***5的光轴平行。图3为平行光束以倾斜角度θ到达倒置望远镜***5处，经过倒置望远镜***5后以角度θ’出射。其中θ’<θ，倒置望远镜起到压缩到达角的作用。当目镜51的焦距为60mm，物镜52的焦距为75mm，接收端多模光纤8的芯径（纤芯直径）为62.5um时，以火电锅炉的燃烧炉炉膛长度为6米为例，能够容忍±0.6mrad的到达角抖动，最终入射到接收端多模光纤8上的最大角度为±0.595mrad。而通过燃烧炉4的光束在未经倒置望远镜***5，而直接入射接收端离轴抛物面反射镜6的情况下，只能够容忍的最大光束到达角为±0.465mrad抖动。

以上实施方式仅用于说明本实用新型，而并非对本实用新型的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化，因此所有等同的技术方案也属于本实用新型范畴，本实用新型的专利保护范围应由其权利要求限定。

Claims (7)

1.一种具有对抗光束抖动的燃烧检测装置，用于检测燃烧炉中的燃烧参数，其特征在于：包括发射端和接收端；所述发射端包括发射端离轴抛物面反射镜、发射端光纤耦合装置、发射端单模光纤；所述接收端包括倒置望远镜***、接收端离轴抛物面反射镜、接收端光纤耦合装置、接收端多模光纤；所述发射端单模光纤出射光束依次通过发射端耦合装置、发射端离轴抛物面反射镜射入所述燃烧炉；通过燃烧炉的光束依次经倒置望远镜***、接收端离轴抛物面反射镜、接收端光纤耦合装置进入接收端多模光纤。

2.根据权利要求1所述的燃烧检测装置，其特征在于：所述倒置望远镜***包括同轴共焦的目镜和物镜；所述通过燃烧炉的光束依次经目镜、物镜后进入接收端离轴抛物面反射镜；所述目镜的焦距小于物镜的焦距。

3.根据权利要求2所述的燃烧检测装置，其特征在于：所述目镜和物镜表面均镀有信号光减反膜。

4.根据权利要求1或2所述的燃烧检测装置，其特征在于：所述发射端离轴抛物面反射镜和接收端离轴抛物面反射镜的镜面上均镀有银膜。

5.根据权利要求1或2所述的燃烧检测装置，其特征在于：所述发射端离轴抛物面反射镜的数值孔径小于所述接收端离轴抛物面反射镜的数值孔径；所述发射端离轴抛物面反射镜的数值孔径与发射端单模光纤的数值孔径相匹配。

6.根据权利要求1或2所述的燃烧检测装置，其特征在于：所述发射端单模光纤的数值孔径为0.13-0.14。

7.根据权利要求1或2所述燃烧检测装置，其特征在于：所述接收端多模光纤的数值孔径大于所述接收端离轴抛物面反射镜的数值孔径；所述接收端多模光纤的纤芯直径不小于62.5um。