《火焰检测技术》word版
火检讲义
火检讲义一、火焰检测器的类型火焰检测器通常按照所采用的光电元件而进行分类。
常用的火焰检测器有三种：紫外线型、可见光型、以及红外线型。
1、紫外线型检测器采用紫外线光敏管作为传感元件，这种检测器的优点是报警灵敏度高，对于燃用天然气和重油的锅炉，由于火焰中的紫外线特别的丰富，采用这一类型的检测器比较合适。
对于燃烧煤粉的锅炉，由于在火焰燃烧的时候，相当一部分的紫外线被煤粉所吸收，特别当锅炉燃烧不稳定或锅炉低负荷运行时，检测器所能吸收到的紫外线较弱，这样容易造成检测器误动作。
因此，从70年代后期开始，这种检测器在煤粉锅炉上的应用日趋减少。
红外线型检测器采用光敏电阻（如硫化铅）作为传感元件，其光谱响应范围在0.7-0.32μm之间。
这种检测器的特点是呈现与紫外线型检测器相反的性能，如在火焰瞬时不稳定或低负荷运行的时候仍能稳定工作，对探头的安装位置和方向的要求也不象其他类型那样苛刻。
具有代表性的产品是美国FORNEY公司的DPD型检测器。
可见光型检测器采用光电二极管作为传感元件。
这种检测器的特点是极其类似人眼的光谱响应。
二、火焰检测器的一般工作原理1）、探头部分的原理如图 2所示，炉膛火焰中的相关波长的光线穿过探头端部的透镜，并经由光导纤维而到达探头小室，照到光敏元件上。
由光敏元件将光信号转化为电信号，并经由对数放大器转换为电压信号。
采用对数放大器是由于光敏元件输出的电流值是发光强度的指数函数，当发光强度大幅变化时，对数放大器的输出呈小幅度变化，这样可以避免放大器饱和，使得不同负荷下的正常火焰信号都在预定值之内。
对数放大器输出的电压信号，再经过传输放大器转换为电流信号，然后通过屏蔽电缆传输至火焰检测器的机箱部分。
采用电流传输而不采用电压传输，是由于前者抗干扰的能力强，信号衰减小，适合于长距离传输（可长达1500m）。
2）、机箱部分的原理如图3所示，炉膛中的火焰信号经过多次转换，最后在机箱里被转换成电压信号。
由于火焰信号本身是脉动的，其强度和频率随时在变化，且对于不同的燃料，其变化范围也不一样，所以在机箱里设计了频率检测线路，强度检测线路和故障检测线路。
火焰探测方法
②感温式火灾探测器是利用一个点型或线缆式传感器来响应其周围附近气流的异常温度或升温速率的火灾探测器。
③光辐射式火灾探测器是根据物质燃烧火焰的特征和火焰的光辐射而构成的用于响应火灾时火焰光特性的火灾探测器，通常是制成主动红外对射式线型火灾探测器和被动式紫外或红外火焰探测器。
④ 可燃气体探测器是采用各种气敏器件或传感器来响应火灾初期烟气体中某些气体浓度或液化石油气等可燃气体浓度的探测器，通常制造成点型。
(5) 可燃气体探测法
可燃气体探测法主要用于对物质燃烧产生的烟气体或易燃易爆环境泄漏的易燃气体进行探测。这类探测方法是利用各种气敏器件及其导电机理，或利用电化学元件的特性变化来探测火灾与爆炸危险性，根据使用的气敏器件不同分为热催化型原理、热导型原理、气敏型原理和三端电化学型原理等四种。
电气火灾探测方法与火灾监控系统的安装和使用 电气火灾探测方法
根据物质燃烧过程中发生的能量转换和物质转换所产生的不同火灾现象与特征，产生了不同的火灾探测方法。主要的火灾探测方法有：
(1) 空气离化探测法
空气离化探测法是利用放射性同位素释放的α射线将空气电离，使腔室(一般称为电离室)内空气具有一定的导电性;当烟雾气溶胶进入电离室内，烟粒子将吸附其中的带电离子，产生离子电流变化。此电流变化与烟浓度有直接的关系，并可用电子探测器加以检测，从而获得与烟浓度有直接关系的电信号，用于确认火灾和报警。
(5)在确定火灾探测器的布置、类型、灵敏度及数量时，应考虑被保护区域空间的大小及外形轮廓、气流方式、障碍物及其他特征。
① 热导型是利用被测可燃气与纯净空气导热性的差异和在金属氧化物表面燃烧的特性，将被测气体浓度转换成相应热丝温度或电阻的变化，达到探测的目的。
②气敏型是利用灵敏度较高的气敏半导体元件吸附可燃气体后电阻变化的特性来达到探测目的。
火焰检测技术
探头部分处理过程及特点
A、视角为3º ～5º 的透镜，以提高鉴别能力 B、光纤长度为1．5～2m C、光电二极管输出的电流是光信号的对数关系， 故采用对数放大器，使转换后的电压信号与光 信号成线性关系 D、负反馈信号源，用于对探头板电路的自检及 判别电缆是否开路。 E、电流信号易于传输，且抗干扰性能好，故通 过传输放大器将电压信号转成电流信号
波长的作用——光的分类 强度的作用——区分是否在燃烧，同时说 明光的种类不同，可用性不同 频率的作用——区分燃烧种类 结论：通过火焰中特定成份光的频率和强 度，可以鉴别火焰的有无和强弱
常用火检类型
紫外线式 可见光式 红外线式
火焰检测器的组成
探头部分：安装在锅炉 电子处理机架：位于 FSSS逻辑柜
电子机架强度检测部分
强度先越过低限，这时强度灯并不动作，强度 高于高限后，强度灯动作，强度继续变化，低 于高限后，强度允许信号仍然输出，直到强度 再次低于低限强度信号不输出。 设计的特点 火焰的强度信号超过高限设定值时，强度允许 信号即有输出；提高高限阀值以提高火焰鉴别 能力。 火焰的强度信号低于低限设定值时则没有输出； 设置较低的低限值以保证有足够的灵敏度。
电子机架频率检测部分
电子机架故障检测
ห้องสมุดไป่ตู้
强度小于低限或高于高限，均故障。 故障检测单元的检测依据是：前端电路正 常时其信号强度不会小于某一确定的下限 值（由反馈发光二极管保证）；也不会大 于某一确定的上限值（对数放大器有抗饱 和特性）。
火焰检测技术
火焰检测器
火焰检测原理： 燃烧火焰具有各种特性，如发热程 度、电离状态、火焰不同部位的辐射、光 谱及火焰的脉动和闪烁现象、差压、音响 等，均可检测火焰的“有”或“无”。 火检分类： 温度式、差压式、火焰棒式、光学式、 图像式
《火焰检测技术》word版
火焰检测火焰有着与众不同的特征，他的颜色、温度、形状以及跳动的形式都可以作为识别的依据。
下面，我们将从火焰的静态特征和动态特征两方面入手进行火焰识别。
静态特征（颜色与形状）首先，火焰有着与众不同的颜色特征。
描述其颜色的模型有很多，图7就是其中一种，它可以由RGB空间经过简单比较计算得到。
图7 火焰颜色分布图由上图，任何RGB图像中只要满足R>=G且G>B的颜色都可以看作是火焰。
图8中显示了由该模型对各种火焰的检测结果。
虽然这种模型的误报会很多，但可以作为最初始的筛选手段排除掉最不可能是火焰的物体。
图8 火焰图片（上行）及相应颜色检测结果（下行）火焰的外形也是用来识别的重要特征。
一种模型是采用嵌套式轮廓模型。
它默认火焰存在一个或几个燃烧点，火焰从这些燃烧点一层层的向外扩散。
越到外层的地方其形状的可边度越大，而且是连续的。
图9展示了一个燃烧点的火焰模型，它由三层火焰轮廓组成，对于其右侧图10中的火焰经过该模型捕捉得到图11结果。
图9 火焰模型图10 火焰图片图11 符合模型的火焰动态特征（频率）火焰是跳跃着的，或者说是移动变化着的。
初看起来没有什么规律，其实，经研究发现，火焰的外焰部分的运动存在一定频率。
从图12中红色标出的火焰外焰部分来看，这些像素点在经历着有火焰和无火焰两种状态的切换，这个切换的频率经过计算是10HZ 。
这样，我们通过捕捉这个10赫兹的特征可以进一步确认是否有火焰的存在。
图12 火焰外焰部分 图13 外焰运动存在一定频率除此之外，火焰的运动是有能量变化的。
燃烧的物理变化和化学变化造成了火焰能量的不均衡分布。
这点可以作为区分火焰与其他颜色相似运动物体的特征。
图14中红色衣服上被黑色边框划出的区域能量变化在其右侧显示，可见衣服的能量分布是均匀的（显示为均一灰色，没有亮暗变化）。
与之对比，火焰的能量变化就显得非常不均匀，在能量分布图上看得到明显的亮暗变化。
图14 与火焰颜色接近图案的能量分布 图15火焰的能量分布烟雾检测烟雾的特征和火焰有着明显的不同，无论是静态的还是动态的。
第四章 火焰的检测1
第四章火焰的检测4．1 概述图4-1 电磁波谱图二、火灾时发出的火焰光谱与燃烧物质有关，见图4.2。
图4-2 各种不同材料的火焰光谱能量分布图由图可见，对烃类物质，产生的火焰光谱能量在红外光谱范围内，辐射强度的最大值位于4.1-4.7nm范围内。
三、火焰探测器火焰探测器是一种响应火灾发出的电磁辐射(红外、可见和紫外)的火灾探测器。
因为电磁辐射的传播速度极快，因此，这种探测器对快速发生的火灾或爆炸能够及时响应，是对这类火灾早期通报火灾的理想探测器。
响应波长高于700nm辐射能通量的探测器称红外火焰探测器。
响应波长低于400nm辐射能通量的探测器称紫外火焰探测器。
极少应用400—700nm之间的可见光辐射谱区探测火灾，这是由于太阳光的干扰太强。
图4－火焰和地面太阳光光谱图4.2 光电效应火灾探测器是一种将光量变化转换为电量变化的传感器。
它的物理基础就是光电效应。
光电效应分为外光电效应和内光电效应两大类。
4.2.1 外光电效应在光线的作用下，物体内的电子逸出物体表面向外发射的现象称为外光电效应。
向外发射的电子叫光电子。
基于外光电效应的光电器件有光电管、光电倍增管等。
众所周知，光子是具有能量的粒子，每个光子具有的能量E可由下式确定E=hυ (4-1)式中h一一普朗克常数，6.626*10-34(J·s)υ一一光的频率(s-1)物体中的电子吸收了入射光子的能量，当足以克服逸出功A0时，电子就逸出物体表面，产生光电子发射。
如果一个电子要想逸出，光子能量hυ必须超过逸出功A0，超过部分的能量表现为逸出电子的动能。
根据能量守恒定理则有：hυ=(1／2)mv o2+ A0(4-2)式中A0——金属的逸出功，J；m——电子质量，g；v o—电子逸出速度，cm／s。
该方程称为爱因斯坦光电效应方程。
由式(4-2)可知：1、电子能否产生逸出，取决于光子的能量是否大于该物体的表面电子逸出功A0。
不同的物质具有不同的逸出功，这意味着每一个物体都有一个对应的光频阈值，称为红限频率或波长限。
火焰检测原理及应用
各种火焰检测器特点： 各种火焰检测器特点：
光敏电阻检测(红外线或紫外线式火检) 元件：由铊、镉、铅等的硒化物制成， 和具有光敏面的阴极，如氧化铯光电管。 优点：对红外线、可见光敏感，结构简单，灵敏 度高，可靠性强。 缺点：会受高温耐火墙射出红外线干扰。
北京ABB贝利控制有限公司 贝利控制有限公司 北京
燃烧产品部 Uvisor- 18.08.2004
对火焰的分区
北京ABB贝利控制有限公司 贝利控制有限公司 北京
对火焰的分区
根据燃烧器火焰的形状，我们人为地将其分为四部 分：从喉口开始依次为黑龙区、初始燃烧区、燃烧区和 燃尽区。 从一次风口喷射出的第一段是一股暗黑色的煤粉和 一次风的混合物流，我们称其为黑龙区，其辐射强度和 闪烁频率都很低； 第二段是初始燃烧区，煤粉因受到高温炉气和火焰 回流的加热开始燃烧，大量煤粉颗粒爆燃形成亮点流， 此段的特点是这部分煤粉燃烧亮度不是很大，但其闪烁 频率却达到最大值，往往可以在100Hz以上；
北京ABB贝利控制有限公司 贝利控制有限公司 北京
燃烧产品部 Uvisor- 18.08.2004
炉膛辐射光谱： 炉膛辐射光谱：
紫外线 可见光 红外线
燃气火焰
北京ABB贝利控制有限公司 贝利控制有限公司 北京
燃烧产品部 Uvisor- 18.08.2004
炉墙和燃料火焰
燃烧火焰的光谱： 燃烧火焰的光谱：
北京ABB贝利控制有限公司 贝利控制有限公司 北京
燃烧产品部 Uvisor- 18.08.2004
对火焰的分区
北京ABB贝利控制有限公司 贝利控制有限公司 北京
燃烧产品部 Uvisor- 18.08.2004
火焰检测
现代测试专题（1）---火焰检测
杨荟楠 2013-10-21
1
内容
I. 燃烧火焰的特征 II. 不同火焰检测器的原理和特点 III. 激光光谱技术在燃烧火焰检测中的应 用 IV. 建立测试水蒸气温度、液膜厚度及温 度的半导体激光感应器
2
炉膛火焰监测
火焰检测原理 火焰是燃烧状态稳定与否最直接的反映 火焰检测包含两个含义：火焰是否存在和燃烧是否稳定 炉膛火焰特征 燃料燃烧时火焰放出大量的能量，这些能量主要包括光能 （紫外光、可见光、红外光等）、热能和声波 燃烧火焰的辐射具有强度和脉动频率两个特点 强度信号又分为平均光强信号和闪烁光强信号
对火焰的分区
第三段为燃烧区，也称完全燃烧区，各个煤粉颗粒在与 二次风的充分混合下完全燃烧，产生很大热量，此段的 火焰亮度最高且最稳定，但闪烁频率要低于初始燃烧区
第四段是燃尽区，这时的煤粉绝大部分燃烧完毕形成飞 灰，少数较大的颗粒继续进行燃烧，最后形成高温炉气 流，其火焰亮度和闪烁频率都比较低
24
火焰闪烁频率和强度的关系
在受激辐射中通过一个光的作用，得到两个特征完全相同 的光子，如果这两个光子再引起其他原子产生受激辐射， 就能得到更多的特征完全相同的光子---光放大，激光
38
激光的形成
光学谐振腔
其作用是产生和维持光振荡，光在粒子数反转的工作物质 中传播时，得到光放大，当光到达反射镜时，又反射回来 穿过工作物质，进一步得到光放大，不养不断的反射现象 即光振荡。从部分透射光反射镜投射出的光很强，这就是 输出的激光
11
内容
I. 燃烧火焰的特征 II. 不同火焰检测器的原理和特点 III. 激光光谱技术在燃烧火焰检测中的应 用 IV. 建立测试水蒸气温度、液膜厚度及温 度的半导体激光感应器
火焰检测技术
火焰检测火焰有着与众不同的特征，他的颜色、温度、形状以及跳动的形式都可以作为识别的依据。
下面，我们将从火焰的静态特征和动态特征两方面入手进行火焰识别。
静态特征（颜色与形状）首先，火焰有着与众不同的颜色特征。
描述其颜色的模型有很多，图7就是其中一种，它可以由RGB空间经过简单比较计算得到。
图7 火焰颜色分布图由上图，任何RGB图像中只要满足R>=G且G>B的颜色都可以看作是火焰。
图8中显示了由该模型对各种火焰的检测结果。
虽然这种模型的误报会很多，但可以作为最初始的筛选手段排除掉最不可能是火焰的物体。
图8 火焰图片（上行）及相应颜色检测结果（下行）火焰的外形也是用来识别的重要特征。
一种模型是采用嵌套式轮廓模型。
它默认火焰存在一个或几个燃烧点，火焰从这些燃烧点一层层的向外扩散。
越到外层的地方其形状的可边度越大，而且是连续的。
图9展示了一个燃烧点的火焰模型，它由三层火焰轮廓组成，对于其右侧图10中的火焰经过该模型捕捉得到图11结果。
图9火焰模型 图10 火焰图片 图11 符合模型的火焰动态特征（频率）火焰是跳跃着的，或者说是移动变化着的。
初看起来没有什么规律，其实，经研究发现，火焰的外焰部分的运动存在一定频率。
从图12中红色标出的火焰外焰部分来看，这些像素点在经历着有火焰和无火焰两种状态的切换，这个切换的频率经过计算是10HZ 。
这样，我们通过捕捉这个10赫兹的特征可以进一步确认是否有火焰的存在。
图12 火焰外焰部分 图13 外焰运动存在一定频率除此之外，火焰的运动是有能量变化的。
燃烧的物理变化和化学变化造成了火焰能量的不均衡分布。
这点可以作为区分火焰与其他颜色相似运动物体的特征。
图14中红色衣服上被黑色边框划出的区域能量变化在其右侧显示，可见衣服的能量分布是均匀的（显示为均一灰色，没有亮暗变化）。
与之对比，火焰的能量变化就显得非常不均匀，在能量分布图上看得到明显的亮暗变化。
图14 与火焰颜色接近图案的能量分布图15火焰的能量分布烟雾检测烟雾的特征和火焰有着明显的不同，无论是静态的还是动态的。
火检相关资料(1)
目录一、火焰检测原理二、UVISOR火焰检测系统检测原理三、UVISOR针对项目的构成四、UR600系列火焰扫描仪的开孔与安装细则五、火焰检测器的安装六、UVISOR参数管理软件七、故障处理八、设备维护九、调试步骤十、资料组成序大型火电机组中，为了保证锅炉安全、平稳地运行，必须对锅炉的火焰燃烧状况进行实时监视，以便用锅炉的燃料控制装置联锁，保证锅炉灭火时停止燃料供应，防止可燃性物质在炉膛或管道内聚积，发生爆燃甚至引起锅炉爆炸。
一、火焰检测原理燃烧火焰具有各种特性，如发热程度、电离状态、火焰不同部位的辐射、光谱及火焰的脉动或闪烁现象、差压、音响等，均可用来检测火焰的“有”或“无”。
以煤、油作为燃料的锅炉在燃烧过程中会辐射红外线(IR)、可见光和紫外线(UV)。
如图Fig.1b所示为油、煤粉、煤气及1660℃黑体发射的辐射强度光谱分布。
从图中可见，所有的燃料燃烧都辐射一定量的紫外线和大量的红外线，且光谱范围涉及红外线、可见光及紫外线。
因此，整个光谱范围都可以用来检测火焰的“有”或“无”。
由于不同种类的燃料，其燃烧火焰辐射的光线强度不同，相应采用的火焰检测元件也会不一样。
一般说来，煤粉火焰中除了含有不发光的CO2和水蒸气等三原子气体外，还有部分灼热发光的焦炭粒子和炭粒，它们辐射较强的红外线、可见光和一些紫外线，而紫外线往往容易被燃烧产物和灰粒吸收而很快被减弱，因此煤粉燃烧火焰宜采用可见光或红外线火焰检测器。
而在用于暖炉和点火用的油火焰中，除了有一部分CO2和水蒸气外，还有大量的发光碳黑粒子，它也能辐射较强的可见光、红外线和紫外线，因此可采用对这三种火焰较敏感的检测元件进行测量。
而可燃气体作为主燃料燃烧时，在火焰初始燃烧区辐射较强的紫外线，此时可采用紫外线火焰检测器进行检测。
除辐射稳态电磁波外，所有的火焰均呈脉动变化。
因此，单燃烧器工业锅炉的火焰监视可以利用火焰脉动变化特性，采用带低通滤波器(10—20Hz)的红外固体检测器(通常采用硫化铅)。
火检产品技术规范
ISCAN火检产品技术规范1.1.概述Coen公司作为具有90年生产各式燃烧器，火焰监测设备历史的世界知名企业，具有丰富的设计，制造，安装调试及运行管理火焰监测设备的经验。
几十年来，Coen公司生产的各类火检已在世界各地上万个电厂得以应用。
有着与世界著名的DCS制造商如：西屋，贝利，西门子YOKAGAWA，MOORE，利诺，Foxboro 等DCS系统配合的丰富经验；有着在世界著名的锅炉制造商如：B&W，CE，FW，RILEY，WICS，NOOTER，VARIOUS，CERREY，ZURN 等制造的锅炉上配合使用的丰富经验。
在中国，虽然直到1998年才开始进入中国市场，但短短几年已有20多个机组运行着Coen的火焰监测设备。
与上锅，北锅，东锅及哈锅武锅等都建立了良好的合作关系。
值得一提的是Coen的火检设备在各种炉型上如：前后墙燃烧锅炉，同心圆双旋流燃烧锅炉，四角布置切向燃烧锅炉，W型锅炉等各种当今世界上存在的锅炉上均能性能稳定，工作可靠，易于调试，受到用户的一致好评。
请参照本报价附件有关Coen的产品业绩一览表。
Coen 的Iscan智能一体化火检是目前世界上技术最先进的火焰监测器。
随着技术的发展和进步，全世界的火检厂家都在研制智能型火检，分体式火检必将因为技术的落后而退出市场。
Coen公司于1999年率先推出Iscan智能一体化火检，COEN工程师在研究过程中充分考虑了炉前的恶劣环境，使其电子元器件能够长期在90ºC高温下运行，完全能够适应炉前的高温。
Iscan以它的便于安装、调试，性能优越，能够更好的解决偷看问题以及适应现代化电厂的智能化管理等特点和优势，一出现就得到的设计院、电厂工程技术人员以及管理层的广泛欢迎。
1.2. 技术规范1.2.1 火焰检测器一、Iscan 火检的基本特点Coen 公司的Iscan 火焰监测器是专为监测燃烧器火焰而设计的，适用于多燃烧器及单燃烧器锅炉，适用的燃料包括天然气，炼制气，废气，燃油及煤。
火检检测器技术要求书
火检技术要求
符合石油化工企业设计防火规范GB50160-2008 5.7.8要求配置火焰检测器一．火焰检测器要求
1.火焰检测器应为智能一体式双通道结构，带增益调节，火焰强度及火焰闪烁频率门限可调节，无火响应时间1~5秒可调。
2.具备双CPU及自检功能和假火判断功能，有故障继电器、火焰继电器及模拟量输出。
3.具有现场显示面板，可直观看到火焰有无、故障状态、门槛值设定、频率选择及通道选择。
4.检测范围：紫外型波长190-520nm，并具有多种火焰闪烁频率可选择，至少两个可编程文件并通过外部信号选择。
5.应具有SIL3认证，防爆等级：Ex dIICT6，防护等级IP66，应具有相关的认证证书。
6.环境使用温度应满足-40至85摄氏度。
7.具有通讯功能，随机标配通讯调试软件和相关接口设备。
8.每台火焰检测器应配带1台防爆接线箱；安装方式：法兰连接；成套配带万向法兰、隔热管、石英视窗等安装所必需的附件，并配合燃烧器供应方完成火焰检测器附件的安装。
火检
纤传递来的火焰 传递火焰光和频率 电流→电压 信号转换成电信 放大 信号的光导纤维 能对光强和位置进行 号传递到下面的 聚焦的透镜，将炉膛 处理电路 燃烧产生的可见光强 频率 检测 强度 检测 度和频率通过其后的 电路 电路 光导纤维传递到后面 的光敏二极管上。这 样可以避免光敏元件 接触高温，以延长使 频率 模拟量指示 强度 用寿命
2
由于紫外线检测器主要是检测燃料燃烧后所产生 的紫外线，但在炉膛内有大量的粉尘和烟雾，吸收了 大量紫外线，影响了对燃烧火焰的观测，一般电厂很 少使用。
3
常见火焰检测器的型号与性能
型号 SAFE—SCAN—I SAFE—SCAN—II SAFE—SCAN—II FLAMON FLAMON IDD—II DET—TRONICS 检测原理 可见光 可见光 可见光 可见光 可见光 红外光 可见光 适用于燃料的种 类 煤、重油、轻油 煤、重油、轻油 煤、重油、轻油 煤、重油、轻油 煤、重油、轻油 煤、重油 煤、重油 制造厂 ABB—CE ABB—CE ABB—CE Bailey Bailey FORNEY DETECTOR ELECTRONICS 应用电厂和容 量（MW） 平圩 600 北仑港 600 石洞口二厂 600 南通 600 利港 600 谏壁 600 彭城 300
7
2、光电转换原理
由于光电二极管产生的电信号不仅小而且是非线性的 （对数关系），例如（10MV到100MV的信号，100MV 的光强不是10MV的10倍，而可能是100、1000、甚至 10000倍），这种信号送往处理装置进行处理时比较复 杂，所以采用了非线性放大使得放大电路的输出与输入 的光强度成正比。且在放大时能自动改变放大倍数以防 止信号阻塞（信号饱和）。处理后的电压不适宜在强磁 干扰环境中传送，所以将其转换成电流，传送到处理计 算机进行相应处理。
火焰探测器
※ 飞机库
※ 电缆出口螺纹：标准3-G3/4”(1”=25.4mm)
※ 材质：铸铝，可选不锈钢
※ 重量：＜1.7kg（铸铝） ＜3.2kg（不锈钢）
认证：
※ 防爆标志：ExdIICT6
※ 粉尘防爆标志：DIP A21 TA,T6
※ 防护等级：IP67
※ 型式检验：满足GB15631-1995国家标准
b. 热释放红外火焰检测器，直接检测火焰中波长为4.35±0.15μm的红外光谱，检测目标比较明确，它由热释放探头和放大器组成，不足之处是：这种类型的传感器具有压电性，对声音电磁波以及震动都十分敏感，所以使用的地方受到一定的限制，它的检测距离小于80m。
c. 常规的紫外火焰检测器，直接检测火焰中180-260nm的紫外光谱，检测的目标也十分明确，响应速度也比较快。它由紫外光敏探头和放大器组成，不足之处是:灵敏度差,检测距离小于15m,不能抗雷电的干扰,存在一定的误报率,因此只能用在距离较短的封闭环境,如加热炉、工业锅炉等地方。
火焰探测报警器技术的现状
国标中对于点型紫外火焰探测器的响应规定30s均可接受，但由于科技的进步，市场上的火焰探测报警产品的响应时间性均能满足这个时间范围，但对于实际应用和安防要求而言这是必须的，而且对指标和性能要求越来越高。国内的大部分报警系统响应时间在S级，国外顶级公司日本滨松、美国MSA等其响应速度最快可达到ms级，可查阅的国外顶级的火焰检测器探测距离为500米，不能用在更远距离火焰探测中。市场上的火焰检测器主要有感烟传感器、红外传感器和紫外光敏管，即使是采用多信息融合技术的火焰探测系统，其检测的信息来源也主要是这三个方面。传统的火焰探测传感器存在以下不足：
IR3红外火焰探测器采用了三个对红外线敏感的红外传感器，对特定范围内的火灾红外辐射波长进行侦测。采用可编程的运算法则，核对三个传感器接收到的数据比例和相互关系。独有的内置微处理器确保其对错误报警具有极高的免疫力。该探测器广泛应用于汽油、煤油、柴油、航空汽油、液压油、碳氢化合物：乙烯、聚乙烯、天然气、民用燃气、液化石油气、甲烷、乙烷、丙烷等火焰检测。三波段红外火焰探测器的探测距离可达45米。探测器能够在高/低温，高湿，震动等最苛刻的环境下工作。
火焰探测
基本原理
扫描式单摄像机空间定位 我们采用一只固定在消防水炮炮管顶端的摄像机，利 用同一摄像机转动时在不同时刻的位移和角度变化来 模拟双摄像机系统进行空间定位。
当消防水炮转动时，前后两次摄像机位置的之间位移就构成 了基线。
对摄像机在不同位置采集的图像进行火源区域匹配之后便求 得视差
这样就构成了双摄像机进行空间定位的两个要素。
6 清华大学公共安全研究中心1 Nhomakorabea光电效应
火焰探测器是感应火灾燃烧的火焰发出的电磁辐射 ，通过将火焰辐射能量转化为电流或电压信号，来 达到火灾探测的目的。为避免可见光的干扰，火焰 探测器主要响应火焰中的紫外波段和红外波段。根 据火焰探测器响应波长的不同，将响应波长低于 400nm辐射能通量的火焰探测器称作紫外火焰探 测器，响应波长高于700nm辐射能通量的火焰探 测器称作红外火焰探测器。紫外火焰探测器的工作 原理基于外光电效应，红外火焰探测器的工作原理 基于内光电效应。
火焰光谱
对火焰光信号的变化作出有效反应，并将光信号转 变为电信号的器件称为光敏传感器。利用光敏材料 的光电效应制成的光敏器件称光电效应传感器，利 用辐射红外光（热）照射材料引起材料的电学性质 发生变化或产生热电动势的器件称红外热释电传感 器 ， 利 用 CCD 光 电 转 换 和 电 荷 转 移 功 能 制 成 的 CCD图象传感器或用光敏二极管与MOS晶体管变 成电荷或电流信号的MOS图象传感器等，目前都 用来作为探测火灾火焰的光敏器件，并制成相应的 火灾探测器。
E hv
hv
1 2
m02
A0
8
清华大学公共安全研究中心
光电效应
1、紫外光敏管 光电管有真空光电管和充气光电管两类。两者结构 相似，由一个阴极和一个阳极构成，并且密封在一 只真空玻璃管内。
火检
一、概述WHKF-1型可见光动态火焰检测装置是根据电力部的有关标准和规范，总结和吸收国内外同类产品的经验，采用先进的光纤传导技术设计制造的一种炉膛火焰检测装置，结构简单，操作方便，性能可靠，可长期连续地检测各种燃气，燃油及燃煤锅炉，是锅炉安全保护系统必不可省的检测设备，主要应用于工业动力锅炉的火焰监测与保护，是我公司为满足实际工作现场的需要而开发研制的新型火焰检测装置。
该火检装置包括信号放大器、火焰检测器（火检探头）和传光束光纤等设备。
二、工作原理及功能特点（一）、火焰检测器工作原理WHKF-1型可见光动态火焰检测器采用的是火焰波动和光强度检测原理。
传感元件是紫兰光光敏元件，光谱响应波长为300nm到3000nm，利用光的亮度和波动产生电压变化和频率变化,来进行分析判断提取出随火焰变化的频率变化信号和亮度电压信号。
燃煤锅炉中煤粉火焰大约可以分为四段：如图一所示。
从一次风口喷出的第一段是一股暗色的煤粉与一次热风的混合物流，此段又称黑龙区；第二段是初始燃烧区，煤粉因受到高温炉气和火焰回流的加热开始燃烧，大量煤粉颗粒爆燃形成亮点流，此段的亮度不是最大，但亮度的变化频率达到最大值；第三段为完全燃烧区，各个煤粉颗粒在与二次风的充分混合下完全燃烧，产生出很大热量，此段的火焰亮度最高且稳定；第四段为燃尽区，这时的煤粉绝大部分燃烧完毕形成飞灰，少数较大的颗粒继续进行燃烧，最后形成高温炉气流，其亮度及亮度的变化频率较低。
WHQK-1型可见光动态火焰检测放大器就是利用初始燃烧区的火焰亮度和闪烁频率来判断火焰的真实存在。
燃烧的锅膛存在着复杂的工作状况随着燃料四种燃烧变化，它的亮度和频率也随之变化.放大器滤波电路的选频作用和电压放大的作用，使检测器不仅对初始燃烧区的红外辐射波动频率响应，而且对高亮度的可见光也同样进行检测。
通过对频率门坎值的设定和亮度门坎值的设定,多燃烧器炉膛中相邻或相对的喷燃器的干扰信号进行分析和辩别以消除干扰信号。
火焰温度测量
火焰温度测量方法分析聂伟（学号：SA14168089）1.引言众所周知，火焰温度很高，一般很难直接精确测量。
但由于火焰温度是燃烧过程中的重要热力参数之一。
因此，对火焰温度测试技术的研究具有非常大的意义，当前，国家正大力改善自然环境，尤其是招手治理空气污染，在汽车工业方面提出降低汽车尾气排放，鼓励开发设计高效新型低污染发动机，在煤电产业中提出要提高电站煤炭燃烧的效率，这都与火焰温度测量密不可分。
在高音时飞行器的研发过程中，要求其发动机有足够的功率，而发动机的功率可由发动机火焰温度来间接说明，以及发动机等部分的材料选取都在一定程度上受到火焰温度的限制，所以火焰温度测量不论是在国民生产中，还是在国防建设中都具有重要的作用]1[。
2.火焰温度的分类根据火焰辐射光谱的不同特点，火焰光谱可分为发光火焰和透明光谱，发光火焰辐射连续光谱，辐射光波长范围在0- ，在可见光频带内有辐射；透明火焰辐射带状或线状光谱，范围多在红外区段。
而根据火焰结构的不同，火焰可分为预混火焰和扩散火焰，预混火焰的特点是：气态的燃烧剂和氧化剂在进入火焰反应区前已经混合均匀。
由于其传播速度受化学反应和流动力学过程的控制，预混火焰又分为湍流和层流预混火焰两种类型；扩散火焰的特点是：气态的燃烧剂和氧化剂在进入火焰反应区前处于分离状态，在进入反应区后经混合后再燃烧。
3.火焰温度的测量方法火焰温度的测量方法根据火焰的不同类型有不同的方法，在实际应用中主要有接触式测温额非接触式测温方法，接触式测温法包括热电偶测温和光纤测温，非接触式测温包括成像法、激光光谱法、辐射法和声波法。
如图1所示]2[：13.1接触式测温接触式测温]2[，具有代表性的就是热电偶测温。
热电偶由不同材料的金属合金导体构成，当导体两端存在温度差异时，会产生电势差，而此电势与导体两端的温度差呈数关系。
当热电偶的热端与被测对象达到热平衡，另一端处于恒定已知温度时，就可以通过电势差推算出被测对象的温度。
《燃烧诊断技术》
与自发拉曼散射不同，同一时间CARS通常
只能测量一种组分（除了N2、CO、CO2与 O2以外）。为了克服此局限性，同时测量 多组分，可用多色CARS技术。这时CARS
信号位于反斯托克斯区，要产生波混合的
各种组合，每一种需要单独的相位匹配。
在激光技术中，CARS是唯一可用于实际含 尘燃烧系统中的燃烧温度与组分浓度分布 非接触式激光诊断技术。
二、全息干涉测量技术
全息术的原理是“干涉记录、衍射重现”，其 最成功、最广泛的应用之一是在干涉计量方面 。
按记录方式不同，可分为双曝光全息干涉法、 实时全息干涉法、时间平均全息干涉法（连续 曝光法）、双波长全息干涉法、多次曝光全息 干涉法、波前错位全息干涉法及多通道全息干 涉法等。最为常用的是双曝光法和实时法。
三、红外辐射及颜色定量测量技术
热辐射是物体因本身的温度而以电磁波形式 向外发射能量的物理现象。
辐射测温仪按工作原理可分为“亮度测温仪 ”和“辐射比测温仪”两大类。辐射比测温 仪可分为双色和多色测温仪。
火焰辐射频谱分析方法也属于红外辐射测 温范围。火焰频谱分析试验装置由光探头 、光电转换器、放大滤波电路、A/D转换和 计算机组成。其中光电转换（光电管）和 放大滤波电路均安装在光探头内。在滤波 电路中滤除了信号的高频噪声。火焰信号 频谱估计采用通用的周期图窗函数快速FFT 法。
实时全息干涉法：首先记录一张位相物体 未变化时物光波标准波面的全息图。经显 影、定影处理后，将该全息图准确复位于 光路中的原来位置。然后，用位相物体变 化后的被测试物光与参考光同时照射全息 图，使直接透过全息图的测试物光波与全 息图所再现的原始物光波相互干涉，从而 获得实时全息干涉图。依据该干涉图上条 纹的变化情况确定被测物理量。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
火焰检测
火焰有着与众不同的特征，他的颜色、温度、形状以及跳动的形式都可以作为识别的依据。
下面，我们将从火焰的静态特征和动态特征两方面入手进行火焰识别。
静态特征（颜色与形状）
首先，火焰有着与众不同的颜色特征。
描述其颜色的模型有很多，图7就是其中一种，它可以由RGB空间经过简单比较计算得到。
图7 火焰颜色分布图
由上图，任何RGB图像中只要满足R>=G且G>B的颜色都可以看作是火焰。
图8中显示了由该模型对各种火焰的检测结果。
虽然这种模型的误报会很多，但可以作为最初始的筛选手段排除掉最不可能是火焰的物体。
图8 火焰图片（上行）及相应颜色检测结果（下行）
火焰的外形也是用来识别的重要特征。
一种模型是采用嵌套式轮廓模型。
它默认火焰存在一个或几个燃烧点，火焰从这些燃烧点一层层的向外扩散。
越到外层的地方其形状的可边度越大，而且是连续的。
图9展示了一个燃烧点的火焰模型，它由三层火焰轮廓组成，对于其右侧图10中的火焰经过该模型捕捉得到图11结果。
图9 火焰模型图10 火焰图片图11 符合模型的火焰
动态特征（频率）
火焰是跳跃着的，或者说是移动变化着的。
初看起来没有什么规律，其实，经研究发现，火焰的外焰部分的运动存在一定频率。
从图12中红色标出的火焰
外焰部分来看，这些像素点在经历着有火焰和无火焰两种状态的切换，这个切换的频率经过计算是10HZ 。
这样，我们通过捕捉这个10赫兹的特征可以进一步确认是否有火焰的存在。
图12 火焰外焰部分 图13 外焰运动存在一定频率
除此之外，火焰的运动是有能量变化的。
燃烧的物理变化和化学变化造成了火焰能量的不均衡分布。
这点可以作为区分火焰与其他颜色相似运动物体的特征。
图14中红色衣服上被黑色边框划出的区域能量变化在其右侧显示，可见衣服的能量分布是均匀的（显示为均一灰色，没有亮暗变化）。
与之对比，火焰的能量变化就显得非常不均匀，在能量分布图上看得到明显的亮暗变化。
图14 与火焰颜色接近图案的能量分布 图15火焰的能量分布
烟雾检测
烟雾的特征和火焰有着明显的不同，无论是静态的还是动态的。
这样使得我们可以将其与火焰识别分开处理。
静态特征（外形与对比度）
烟雾在颜色上没有像火焰样存在明显的分布，而且颜色与烟雾的浓度有直接关系。
淡淡的烟是半透明的，可以看到其后面的物体，而浓烟是灰黑的，完全挡住了后面的事物。
这样，单独考虑烟雾的颜色便无法描述它的特征。
然而，无论烟雾浓淡，它都会使后面的事物变得模糊，甚至被完全遮挡。
我们可以通过像素的对比度变化判断烟雾的有无。
图16显示了通过对比度变化检测烟雾的结果。
图16 烟雾（上行）及通过对比度变化检测结果（下行）
动态特征（扩散）
烟雾的动态特征是烟雾区别于其他事物的重要特征。
它具备以下特点：首先，烟雾以扩散的形式变化，可以假想存在一个或几个烟雾发生点，烟雾围绕这些点扩散开去（如图17和图18所示）
；其次，与火焰类似，烟雾的边界变化也存在
一个3Hz的频率；再有，烟雾的轮廓是清晰画面与被烟雾模糊画面的交界；最后，烟雾的运动是连续而且是非刚性的。
这些特点决定了烟雾与行人，汽车等等前景运动物体有本质的不同。
图17 烟雾及其轮廓图18 扩散的烟雾及其轮廓。