專利名稱：微粒檢測器的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及用于,檢測的裝置和方法，包括微粒的監(jiān)視，并涉及管 道系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在4艮多情況下，Wi的存在至少是一種損害，并且最壞甚至是災難性 的或違法的。微?？梢詫㈦s質(zhì)攜帶到不期望其存在的地方。這種地方包括 工業(yè)車間和包含空^t量監(jiān)視的環(huán)境。例如，在發(fā)電站中，進入渦輪入口中的微粒必需保持最少，以便減少 渦輪葉片上的微粒沉積；這種沉積必須清除，通常是用水噴洗，否則，如 果不執(zhí)行，就導致渦輪性能的降低和最終具有明顯破壞結(jié)果的葉片碎裂。 在兩種情況下，發(fā)電時間都減少。上面所給示例中的無微粒狀況應存在于氣體、通常是空氣iiA^目關(guān)區(qū) 域的入口中。然而，,不應當通過區(qū)域的出口而被排出。例如，來自電 站的廢氣、包括化工廠處理的工業(yè)處理不應當將,排放到大氣中。這種 實施是環(huán)保不可接受的，并且，,排放必須保持在允許的最大量或法定 的限度之內(nèi)。在很多發(fā)動機系統(tǒng)的設計測試和使用中，排放的,的數(shù)量和類型是 發(fā)動機效率的函數(shù)。包括環(huán)境溫度和空氣壓力的很多因素可以影響這個效 率。不充分的運行會是燃料的浪費，會導致?lián)p害發(fā)動機，使得產(chǎn)生進一步 的低效，以及可能破壞環(huán)境、和或發(fā)動機系統(tǒng)操作員的健康。所以，為了 優(yōu)化性能，能夠分析發(fā)動機的,排放將是有用的。如果實時地運行這種 系統(tǒng)，這也將是有益的。如果這種系統(tǒng)能夠反饋到發(fā)動機管理系統(tǒng)，使得 允許性能被優(yōu)化，這將是一種好處。通常，通過一定范圍的消除系統(tǒng)的使用來減少1或離開區(qū)域的微 粒，所述消除系統(tǒng)通常位于管道中，其中，氣體通過所述管道被供應到某 區(qū)域或從某區(qū)域清除。這類消除系統(tǒng)包括例如過濾器，過濾器、靜電除塵
器、濕法捕獲器的組合。如果消除系統(tǒng)安裝不正確或錯誤，或者消除系統(tǒng) 惡化時，消除系統(tǒng)在減少通過消除系統(tǒng)的微粒方面的效率就下降。普通的 實踐是在給定時段之后更換消除系統(tǒng)，所述給定時段通過可接受的消除系 統(tǒng)的性能的經(jīng)驗而確定。然而，也發(fā)現(xiàn)，在那個時段過去之前消除系統(tǒng)可 能災難性地失效了，并且允許不可接受的微粒通過過濾器系統(tǒng)。例如，當 氣流很強或消除系統(tǒng)包含一組過濾器而該組中的一個過濾器過早地失效 時，這就特別成問題。當消除失效是不可接受的時，那么，在到達系統(tǒng)壽命之前，應當更換 消除系統(tǒng)或一個或更多的失效的過濾器。這種缺乏更換可能與下列情況有關(guān) 由于其減少了過濾器的適當使用而導致的成本不利。 資源的浪費，并且因此破壞資源。 由于工廠停工期將出現(xiàn)得更頻繁導致的成本不利。-在一些情況下，對通過消除系統(tǒng)的微粒和氣體的抑制失敗的可能性 增加，則對人、或?qū)Νh(huán)境、或?qū)τ上到y(tǒng)保護的處理的風險增加。在消除系統(tǒng)中，經(jīng)常存在對被排除的微粒的最小尺寸的限制，因為更 小尺寸的,對被保護的處理不會產(chǎn)生問題。因為包括那些無關(guān)緊要的微 粒的所有,都被計數(shù)，微粒計數(shù)或信號綜合技術(shù)可能因此失效。在很多 應用中，情況進一步復雜，因為那些不應當被分析的微粒可能不具有連續(xù) 的、穩(wěn)定的或已知的級別。它們的結(jié)果可能是很多復雜M的函數(shù)，并可 能是或顯得混亂。例如，花粉通過過濾器是無關(guān)緊要的，但是，日久天長， 花粉的變化將4吏得微粒計數(shù)或整個阻塞測量變得無用。通過傳統(tǒng)手段對整個過濾器失效的分析是有局P艮性的，原因在于損害 已經(jīng)產(chǎn)生。在失效的開始，通過過濾器的微?？赡軆H僅比假定將要被排除 的微粒稍大，而傳統(tǒng)手段可能不能分辨失效即將來臨。所以，需要在管道的橫截面上的、用于檢測懸浮在這類管道中的氣體 中的微粒的裝置和方法?；诙ㄆ诘?檢測也導致管道的連續(xù)或定期監(jiān) 視，以便檢測高于其正常零值或低可接受水平的瞬時微粒的存在，而本發(fā) 明的裝置提供這種便利。在這些管道中，當消除系統(tǒng)有效地工作時， 的正常級別^是零(也就是無微粒的)或是非常低和可接受的水平。本 發(fā)明的優(yōu)選實施例的裝置避免了以橫截面的小的樣品來代表整個橫截面 的假設。
當消除系統(tǒng)包括橫穿大橫截面面積管道而設置的一組過濾器時，就關(guān)系到一個特別尖銳的問題。這類管道可以是20平方米的，盡管更典型的 是在5平方米的區(qū)域內(nèi)。例如，可以在發(fā)電站的渦^^入口中找到這類過濾 器組，但在其他領域中也很常見。上述的其他m^檢測器產(chǎn)生關(guān)于管道的整個橫截面上的,級別的信息；如果因此發(fā)現(xiàn)不可接受的,水平，那 么，必須更換全部消除系統(tǒng)。這種整個更換是昂貴的，并且在一組過濾器 的情況下是不必要的，因為在這組過濾器中可能僅僅一個這種過濾器是失 效的。所以，需要一種,檢測器，不但險測管道內(nèi)不可接受的級別的微 粒，還確定消除系統(tǒng)的何處失效，例如一組過濾器中的哪個過濾器失效并 從而導致不可接受的級別的微粒。然而，由于當在管道中需要維護或運行設備時所遇到的困難，所以， 伴隨用于這種環(huán)境的,檢測器的實施而遇到了微粒問題。發(fā)明內(nèi)容根據(jù)本發(fā)明，提供了 一種用于檢測管道內(nèi)的氣體中的瞬時,的存在的裝置，包括(i) 至少一個發(fā)光的發(fā)射器，能夠從管道和外面對管道的基本整個 橫截面進行掃描；以及(ii) 至少一個檢測器，用于在光束掃射管道的橫截面上時檢測來自 照明內(nèi)的任何微粒的照明閃光的存在和位置，其中，該檢測器被配置成安 裝在管道的外部，并且在投射管道的掃射區(qū)的區(qū)域之外。通常，這將意味著觀測角基本偏離垂直于管道的掃射橫截面平面的 方向。這樣，針對不能在投射掃射區(qū)的區(qū)域中設置相機的管道提供了 一種解 決方案。在一些管道中，管道的角度的改變可以使得相W^設置在投射掃 射區(qū)的區(qū)域中，然而，在很多應用中，這是不現(xiàn)實的。關(guān)于管道的橫截面的術(shù)語"基本上整個"的意思是充分的管道橫截面 被照明，這樣，就不需要對所選擇的管道的橫截面部分的采樣和,濃度 的近似均勻性的假設，所以，本發(fā)明可以在管道的整個橫截面上精確而實際地險測微粒的存在。術(shù)語"j^上整個"最好要求管道的整個橫截面被 照明，但一些空缺是可以容忍的。照明角的范圍應當超過管道橫截面的50%, 80%更好，最好是卯％。
這樣，使用中的觀測角基本偏離氣體流的方向。所以，本發(fā)明的裝置和方法不但適用于在氣體經(jīng)過消除系統(tǒng)之后，尤 其是在例如渦輪的、例如分別在工業(yè)處理之前和之后的上游入口中或下游出口中iM^測工業(yè)處理的入口或出口中的氣體中的瞬時,的存在，而且 適用于確定消除系統(tǒng)中哪里存在著允許微粒通過的故障。本說明書中的術(shù)語"微粒"的意思是如銜險形式的動物、植物或礦物 質(zhì)的、 一個或多個散射中心。尤其是，該術(shù)語包括大氣中存在的、以及工 業(yè)處理和發(fā)動機內(nèi)產(chǎn)生的微小的,材料。本說明書中的術(shù)語"氣體"的 意思是不與消除系統(tǒng)中使用的材料發(fā)生顯著的化學反應的g氣體材料， 尤其是空氣。本發(fā)明的裝置和方法依賴于對被照明的、發(fā)光微粒的閃光的檢測。術(shù) 語"閃光"的意思是來自微粒的亮光的閃爍和閃光。由于發(fā)光是來自,的反射，所以閃光可以是在,方向上；至少一些閃光將是在檢測器的方 向上。在氣體流的區(qū)域中，本發(fā)明的裝置及其方法可以更準確地確定在管 道的"整個橫截面上的、氣體流中懸浮的微粒。如果接近過濾器的出口 的氣體基本呈層狀，那么，本發(fā)明的裝置最^H殳置在層狀流的區(qū)域中。在 本發(fā)明的裝置和方法中，檢測器與發(fā)射光束的同步使得基本只有沿著那條 光束的閃光能夠被檢測到。其具有的優(yōu)點是可以檢測到光束中的閃光的位 置、并且因此險測消除系統(tǒng)的特定區(qū)域、例如過濾器陣列中的過濾器的失 效。另夕卜，從管道的任何其他區(qū)域中的微粒產(chǎn)生的閃光不會被檢測到，并 且因此不會產(chǎn)生非期望的閃光檢測。所以，可以實現(xiàn)過濾器平面陣列中特 定過濾器的故障位置的精確確定。應當理解，在沒有,存在的氣體中， 發(fā)光U本不可見的。本發(fā)明的裝置將被設置在將氣體導入特定區(qū)域或從特定區(qū)域?qū)С龅?入口或出口管道內(nèi)。所述管道可以是諸如例如導管、煙囪、KLit、通風道、 航空器發(fā)動機之類的任何封閉的或半封閉的空間，其中，氣體可以通過所 述管道而流動。管道可以由技術(shù)領域中的任何已知的合適材料構(gòu)成。管道 的示例包括金屬，典型地，有鍍層的或無鍍層的(例如電鍍的)鋼材、 不銹鋼、鋁；塑性材料，例如剛性或柔性聚氯乙烯、聚丙烯、玻璃、聚苯 乙烯、低或高密聚乙烯、ABS等等；并且，管道可以是可伸縮的。管道 可以是透明的或不透明的。管道可以;l諸如例如矩形(即方形)、圓形、 橢圓形之類的任何方便的或合適的橫截面，并且可以具有橫截面可以容納 發(fā)射器和檢測器的任何橫截面尺寸。盡管發(fā)射器輸出和檢測器靈敏度應
相對管道M進行優(yōu)化，但是，管道的橫截面積相對地不重要，并且，本 發(fā)明的裝置和方法可以用于任何尺寸或形狀的管道。發(fā)射器和成檢測器可以位于管道的橫截面內(nèi)；然而，當氣體的流量非常大時，發(fā)射器和檢測 器最妤沒置在管道的壁上，或貼近管道壁中的窗口 (透光的)，這樣，發(fā) 射器和檢測器就不會減小氣體的流量，并且可以減小發(fā)射器或檢測器的任 何部件脫落并損壞管道或i更備的風險。優(yōu)選具有從300nm到1.5 n m波長的照明。使用更短波長是有益的， 因為散射最大。微粒的散射效率與光源波長的四次方成反比地增加。然而， 應當選擇該波長，以便降低吸^應。在大量水蒸氣或水滴存在的環(huán)境中， 這可以排除IR和UV照明的使用。除了散射效率，照明必須被檢測到，并且，檢測器具有波長敏感性。 當使用固態(tài)檢測器時，通常檢測器對光鐠的紅端更有效率。當使用基于磷 的檢測器和電子倍增檢測器時，通常檢測器對光譜的藍端更有效率。紅外 照明趨向于被認為是比可見/UV激光對眼睛更安全，因為這種照明在視網(wǎng) 膜前強烈地衰減，并且眼睛無法將IR照明聚焦到視網(wǎng)膜上。紅外照明具 有一個安全限制，即用戶不能容易地觀察到光束，并且不知道它的位置 或它的激勵狀態(tài)。當使用基于半導體材料的檢測器時，如果將檢測器冷卻以減小熱噪聲 是有好處的。由于熱物體^LIR輻射，所以，在拍攝熱樣品時，即M 被冷卻的檢測器也可能遭受增加的熱效應的影響。如果相機包含阻止大于 激光使用的波長的所有IR照明的濾光器是有好處的。如^f目機包含只允 許發(fā)射器的波長范圍的照明被檢測的濾光器是有好處的。所以，本發(fā)明不 限于特定的波長或檢測器類型。這里可以使用多種源。這些源包括在 633nm到幾微米之間的很多波長上可用的激光二極管源。另外，基于釔 晶體(釔鋁石榴石和類似材料)的激光可以通過二敗管激光器高效率地泵 浦，并在1000-1100nm區(qū)域產(chǎn)生穩(wěn)定的高功率光束。發(fā)射器可以包括諧 波地發(fā)生的光源。使用這種技術(shù)，YAG激光器可以被用于產(chǎn)生在532nm 到355nm量級的波長的發(fā)射。諧波發(fā)生是非線性效應，并且，脈沖光源 通常提供更高的效率。另外，發(fā)光二極管和超高亮二極管可用于產(chǎn)生在寬 范圍的波長上的光源。諸如弧光燈之類的熱光源可以用于產(chǎn)生高強度光脈 沖或連續(xù)光束。為了使用激光的穩(wěn)定運行，最好使用偏振的激光光源。為 了使用激光的穩(wěn)定運行并實現(xiàn)高質(zhì)量的準直光束，那么，最好只使用單橫 模、或主要單橫模的激光。準直激光束是被設置成具有最小發(fā)散的激光束。 在實踐中，用于準直光束的光學器件設置必須非常地穩(wěn)定，而真正的準直 是不可能實現(xiàn)的。然而，在本領域中公知，在遠大于掃描距離的一距離上 聚焦的激光束發(fā)出的光束根據(jù)本發(fā)明可以被認為是準直的。準直光束可以是球形的或非球形的。激光束的形狀是激光腔的函數(shù)。 二極管激光器的制造方法是提供一個腔體，該腔體發(fā)生于電學結(jié)處，所以，該腔體關(guān)于itiL射軸是不對稱的，這樣，發(fā)射的光束是不對稱的，而是橢 圃。通常，這些橢圓具有1:2或更大的縱橫比。本發(fā)明不限于球形光束， 橢圓的或其他光束形狀也可以^吏用。將橢圃的主軸對準流動方向，^吏, 在光束內(nèi)的時間最大化。將光束的主軸橫向?qū)蕷饬鳎?吏在單步中分析的 管道的橫截面最大化?？梢允褂脤E圓光束變?yōu)閳A形光束的光學器件，但 是，這減弱了總激光強度，并JJft本發(fā)明并不產(chǎn)生顯著的好處。通過激光的橫模特性，可以定義其他激光束形狀。單模激光產(chǎn)生最少 的發(fā)散，因此產(chǎn)生最優(yōu)的準直光束。在要求大激光功率的應用中和/或在 使用經(jīng)濟型激光的應用中，可以使用多模激光。通過橫模的控制，激光束 可以被設計成發(fā)出限定的強度輪廓。 一種這樣的模式類型在本領域中被公 知為是大禮帽輪廓(top hat profile),并且，這種模式的優(yōu)點是照明強 度跨光束直徑基本不變，減少了由于光束內(nèi)的,位置而引起的測量上的 變化。使用準直光束具有的優(yōu)點是在光束內(nèi)產(chǎn)生高功率密度。散射是線性現(xiàn) 象，因此更高的功率密度產(chǎn)生更強的散射，并且提高了信噪比。使用準直 光束就可以使用更小的光學器件，從而節(jié)省了成本。使用寬準直光束具有 的優(yōu)點是準直光束的發(fā)散反比于光束的直徑，因此寬直徑光束在遠離激 光器的地方分"ft得i^慢，并且減少了圖像上的照明的變化。光束尺寸應當針對管道的尺寸進行優(yōu)化，由于管道越大光束直徑越 大，因此發(fā)散降低是更可取的。商用激光器經(jīng)常和激光腔一起制造，其輸出能提供接近準直的光束。 標準商用激光的典型直徑是在0.5到5mm的范圍內(nèi)。在這個范圍內(nèi)的光 束直徑適合大部分管道，但對于更大的管道可以使用光束擴展器(本領域 已知的)來增加光束尺寸。二極管激光器不提供準直輸出，可以使用單透鏡來限定準直橢圓光 束。減小單透鏡的焦距就減小了準直光束直徑，且因此可以使用通過改變 一個透鏡而允許多個光束直徑的激光二極管模塊。 包含激光器的發(fā)射器可以^沖的，并且在脈沖模式中，峰值能量通 常可以增加，使得總的發(fā)射能量不變或甚至通過脈沖而增加。
與微粒被激勵多長時間相反，散射是線性效應，并且檢測的照明量是 傳遞到微粒的光量的函數(shù)。相機中的熱噪聲是膝光時間的函數(shù)。利用脈沖 激光器，可以(使用反饋回路)減少相機的實際膝光時間，并且因此減少 了熱噪聲而不帶來微粒的散射強度的減小，這是有益的。
通過在短時間中將功率傳遞到微粒, 僅僅在縮短的飛行#長度 上散射照射，并且這增加了微粒的圖像分辨率，并且改進了分析，這是有 益的。在微粒經(jīng)過期間，激光器必須向m^輸入充足的照明，以便將其從熱 噪聲中分辨出來。脈沖激光器的使用允許激光器在一個單曝光時間中比通常為使用相同平均功率的cw激光器的情況輸出更多的光，這是有益的。
激光器可以選擇由于它們的內(nèi)部特性導致的自調(diào)制、或通過激光激勵或腔品質(zhì)(腔的品質(zhì)是^M5域技術(shù)人員已知的技術(shù)術(shù)語)的控制而被外調(diào)制。最好使用外調(diào)制激光器，這類控制設備可以控制激光器、相機快門和 掃描激光器的裝置。
很多激光器是通過以小時計的運行壽命來定義的。通過使用在激光束 的掃描期間和當系統(tǒng)不獲取要求的數(shù)據(jù)時被禁止的調(diào)制激光器，可以增加 激光器的壽命，這是有益的。
通過交錯測量，可以進一步減少運行。例如， 一幅圖像可以由在IOO 個角度的每一個上的很多膝光組成。然而，不必測量4^P100個角度來更 新圖像，可以使用波動和交織系統(tǒng)，使得由于每個新角度被分析，其替 換在那個角度的先前的圖像部分，并且，使用這個新數(shù)據(jù)和先前的99個 測量來重新顯示和分析圖像。當已經(jīng)檢測不到塵埃時，圖像可以僅僅由覆 蓋測量體積范圍的少數(shù)角度形成；只有當系統(tǒng)檢測到銜險時才切換到^艮多 角度。這允許更快的更新時間，或系統(tǒng)/激光器具有更多的停機時間?？?以包括反饋，這樣，只測量特定的角度組，除非檢測到微粒，然后系統(tǒng)才 增加那個范圍內(nèi)的掃描的次數(shù)。
優(yōu)選的發(fā)射器是激光器。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)激光可使微粒產(chǎn)生強烈的閃光，并 且激光設備具有比較長的運行壽命。根據(jù)預期的微粒尺寸和要求的光設備 靈敏度可確定適當?shù)募す馄鬏敵?。盡管在整個光鐠中的照明都可以使用， 但在可見光鐠的較短端的可見照明、例如532nm是優(yōu)選的，因為它與例
如在可見光鐠的較長端的照明，例如780nm相比更不易受濕汽的干擾。 將單頻率發(fā)射器與專用于該頻率的檢測器進行匹配，可以在檢測中獲得更 大的信噪比和本發(fā)明裝置的更大的靈敏度?？梢栽谂c發(fā)射器相對的管道側(cè) 上給管道設置束流收集器來吸收照射、特別是來自激光器的照明，這樣， 照射就不會從管道的相對側(cè)反射回來。激光器或激光器后面的光學器件可以包括濾光器，以便濾除不希望的 光。不合要求的照射可以由激光器通過自JOL射而發(fā)射，或可以是作為來 自激光器泵浦源的泄漏而發(fā)射。濾光器可以包括光學濾光器。濾光器可以 包括空間濾光器。 一個或更多的檢測器可以安裝濾光器，以^t減少來自所 關(guān)心區(qū)域外側(cè)的光。 一個或更多的檢測器可以安裝濾光器，以便減少對可 以產(chǎn)生熱噪聲的、低于該激光器頻率的頻率的IR檢測。檢測器可以包括 偏振濾光器，其可以平行或正交于照明源而偏振。例如，通過固態(tài)器件或 Peltier冷卻器件可以冷卻檢測器，以便減少熱噪聲.檢測器可以包括用于 最小化不希望的照射的軍。所述軍可以安裝有用于最小化不希望的照射的 阻板?？梢钥刂茩z測器的焦深，使得在掃描激光的平面內(nèi)^t射的照射能夠比 源自該平面外的照射^L優(yōu)先檢測到。通過小孔、或光團或其他裝置的使用， 檢測器的光學器件可被設置為使景'3M^—定P艮度內(nèi)。也可以提供帶通濾波器來減少非發(fā)射器發(fā)出的光照的影響。發(fā)射器應 當提供準直的照射光束，通常，光束越窄越好，因為那樣對任何閃光的確 定將更準確，并且改善了信噪比。發(fā)射器^Li殳置成在管道的整個橫截面上步進掃射照射；可以通過使用 例如透鏡、反射鏡或棱鏡來掃射，它們可以通過步進電機、以期望的步進 角度、基本連續(xù)的步進移動來移動或旋轉(zhuǎn)。當管道具有大的橫截面積時， 最好增加步進的數(shù)量。在這種裝置中，光照被導到棱鏡或反射鏡上，用作 掃射的光照；然而，最好是，光照發(fā)射器，例如激光器直接附著到步進電 機。盡管最好使用單個光照發(fā)射器，但也可以使用多個發(fā)射器，特別是， 當管道的橫截面幾何形狀不規(guī)則、或管道結(jié)構(gòu)不規(guī)則時。通過例如透鏡或基本連續(xù)的;Wfe運動的反射鏡的方式，來自發(fā)射器的 光束的;Wfe掃描使得光束通過期望的掃描角度而步進掃射。通常，反射鏡 用伺服檢流計或步進電機來控制，當要求裝置的機械強壯性時，最好采用 步進電機；步進電機的另外的優(yōu)點是可以使用與發(fā)射器光束的位置相關(guān) 的信息來屏蔽任何偽信號。這種系統(tǒng)的優(yōu)點是允許沿光束的長度方向強
度不變(排除任何吸收)，維持高強度，即不同于正常發(fā)散的、更小的光 束分散，并且，可以容易地控制諸如掃射角度、掃射率和步進率之類的掃 描參數(shù)。通常，盡管根據(jù)系統(tǒng)的參數(shù)，步進器將自由運行，從而光束的位置是已知的；然而，如果需要的話，光束的位置可以被反饋回來，以便分 析和進一步控制位置。
掃射期間可以是從每秒幾十次的掃射到每分鐘幾次的速率；更長的掃 射時間允許用于非常靈敏的小微粒蹤跡檢測，因為，在每個位置的更長的 停留時間可允許拍攝更多數(shù)目的圖像，從而可以增加靈敏度和進行更小微 粒的檢測?？梢栽趲酌氲臅r間段上累積小閃光的檢測，以便于更大的可靠 性和再現(xiàn)性的微粒測量；通常，在災難性的消除系統(tǒng)失效事件中，更快的 掃射率允許更快的補救行動。典型的掃射次數(shù)將是在每分鐘1到20次， 和在每次掃射中1到100個之間的發(fā)射器輸出，但是，這些參數(shù)依賴于發(fā) 射器和檢測器的靈敏度和預期的微粒。閃光呈現(xiàn)為從檢測器的單個輸出的檢測到的信號光強度的峰值；然 而，如果如所優(yōu)選的，在每一步中有多個來自檢測器的輸出，則檢測器的 輸出將是來自不同,粒子的單個峰值的平均值。該平均值將顯得要減小 在每一步中由來自檢測器的閃光所引起的總輸出，這樣，裝置中的噪聲可 能將基本屏蔽所檢測的閃光。因此，在對檢測的閃光進行平均時，期望能 減小背景噪聲的影響。應當使用至少一個門限裝置來減少噪聲。噪聲可能 由系統(tǒng)的任何部分引起，所述部分包括而不專指檢測器系統(tǒng)內(nèi)的熱噪聲、 檢測器放大器或其他讀出裝置中的熱噪聲、由于管道中的熱成像而存在的 熱噪聲、管道內(nèi)的部件反射的光、二次散射，其中，所述二次^t射是光通 過塵埃粒子^t射，并且然后從管道或管道內(nèi)的部件^JN"。有多種方式設置門限。
門P艮可以是膝光的區(qū)域內(nèi)的、或在那一步進角度上的所有膝光的區(qū)域 內(nèi)的、或那幅圖像內(nèi)的所有4象素的區(qū)域內(nèi)的所有4象素的平均值。對圖像/瀑it/掃描區(qū)域使用限定的門限，可允許由于從管道內(nèi)的塵埃 或部件反射而引起的更亮的圖像區(qū)域?？梢酝ㄟ^應用到瀑光的區(qū)域的線性或非線性函數(shù)來定義門限值。
所述門限可以根據(jù)先前記錄的圖像來限定。該圖像可以是無塵埃存在 時記錄的圖像。圖像可以是當#^存在時的長時間的積分，使得,的效 果被平均顯示出來?？梢酝ㄟ^很多曝光的求和、或使用單個或較少數(shù)目的 長時間膝光來產(chǎn)生長積分時間?？梢酝ㄟ^將那個掃描角度的、限定數(shù)目的 先前的圖傳ii行平均來定義門限，使得門限是穩(wěn)定的、但又持續(xù)地被更新。通過使用比較，門限可用于確定微粒的存在，其中，圖像中的相對于 門限值的任何顯著變化表明,負荷已經(jīng)改變。減少門限的另 一方法是通過考慮圖像內(nèi)激光光束的位置?？梢詰每臻g門限，其中只有位于激光束范圍內(nèi)的點被定義為信號，而位于該體系 外的點被認為是噪聲?？臻g門限可以被用于產(chǎn)生量值門限。激光束范圍之 外的區(qū)域可以被分析，并且可以定義像素值的至少一個M，其可以是峰 值、平均值、中值或一些其他數(shù)學定義的值。圖像中的所有像素可以被定義為零，只要它們具有低于這種門限的 值。激光束之夕卜的像素也可以被定義為零。這樣，在這種情況下，門限依 賴邏輯算子而作用，該邏輯算子定義是乘以0還是1。門限可以包括時間信息。例如，分析可以包括考慮相繼拍攝的一系列 曝光中的一個或更多像素的變化，并且其中，當一個像素在大多數(shù)曝光中 具有顯著的值時，那么，它被認為是由于噪聲產(chǎn)生的，然而，如果像素僅 僅在一個或少數(shù)曝光中具有顯著值時，那么，該信號被認為是由于微粒產(chǎn) 生的。分析可以包括減少一個或多個門限。分析可以包括分析門限的數(shù)目。 例如，分析可以考慮在裝置安裝時定義的歷史門限、和由那個掃描角度的先前ioo個膝光定義的門限。以此方式，從安M校準以;su^先前的測量 開始的系統(tǒng)中的變化都可以被分析。分析可以包括笫二門限，此時，在特定步進角度上的、曝光求和之后 的膝光將進一步減少噪聲或簡化分析。檢測器可以是能夠檢測來自微粒的照明閃光的任何合適的檢測器。合適的檢測器系統(tǒng)包括例如相機、光電晶體管和pin二極管。合適的相機應 當具有適當?shù)撵`敏度和空間分辨率,其中，空間分辨率是像素數(shù)目的函數(shù)。 檢測器可以安裝有一個光學濾光器或多個濾光器，這樣，例如，濾光器可 以使得照相M照明的窄波長之外不敏感。最好是可以提供單個檢測器或 光電晶體管系統(tǒng)，但不排除多個檢測器系統(tǒng)。在發(fā)射器從一步進位置到下 一步進位置的移動期間，來自檢測器系統(tǒng)的輸出可以被忽略；這種忽略對 檢測沒有顯著影響。發(fā)射器和檢測器的相對定位可以被優(yōu)化，并且依賴于所使用的檢測器
的類型。例如，相機現(xiàn)場最好偏離發(fā)射器的方向線，以便能夠獲得被照亮平面的二維圖片。然而，如果檢測器被設置得臨^JL射器，這樣，光M 穿管iUL送時，檢測的閃光將^Ul射回來(后散射)；然而，關(guān)于,的 位置信息不能在兩維上確定。使用設置在管道外面的發(fā)射器，上面描述的 圖^i示扭曲的或歪曲的、管道的二維圖像，被稱為透視扭曲。為了描繪 從實際消除系統(tǒng)到透視扭曲視圖的坐標，可以使用公知的算法(例如 Wolberg， Digital image warping 1990, IEEE計算機科學出版社，1990; Performance Metrics for Robot Coverage Tasks, Sylvia C Wong等人，學 報2002關(guān)于機器人和自動化的澳大利亞^i義，奧克蘭2002年11月27-29 日，7-12頁)。當光束在管道的橫截面上掃射時，檢測器維持對光束的聚焦；以此方 式，檢測器檢測從準直光束的每一步進位置產(chǎn)生的閃光。這樣，當光M 管道掃射時，來自每個位置的閃光就被檢測。根據(jù)這樣檢測到的閃光的信 息，就在記錄器上產(chǎn)生跨管道被檢測的,微粒的二維圖像。于是，這幅 圖4象顯示出消除系統(tǒng)的那些部分不能阻止微粒的通過。微粒的確定可以包括最終圖像的面積的合計、并且可以包括最終圖像 內(nèi)的面積或體積的合計。所述確定可以包括峰值數(shù)目的計數(shù)。該分析可以 包括J^值的一些^t的分布的產(chǎn)生。所述^lt可以是量值、面積或體積。 所述分析可以包括分布形狀的分析。所述確定可以包括進一步的門P艮值，佳L得當 一個或更多定義的M的 特定量改變已發(fā)生時，由系統(tǒng)中的實質(zhì)變化而引起觸發(fā)。從管道的邊緣使用掃描的激光的方法限定了對于理想準直光束，一 次掃描中，由激光傳遞的總的能量密度隨著離激光器位置的距離的平方而 減小。使用準直光束，所有粒子具有相同的入射通量，但是，在較接近激 光器的不同步進角度上存在更大的光束的交迭，使得更多的粒子將被測 量。最好是，所述確定步驟包括根據(jù)傳遞到區(qū)域的能量密度而使圖像或、 圖像結(jié)果歸一化的步驟。從管道的邊緣使掃描的激光成像的方法引起圖像中的變形。最好是， 所述確定步驟包括從圖像去除或減少變形。最好是，本發(fā)明的方法包括設置至少一個校準目標以便允許分析圖像 系統(tǒng)的增益的步驟；并且包括根據(jù)系統(tǒng)的增益來使瀑光歸一化的第二規(guī)一 化步驟。最好是，相對于整個圖像，這種規(guī)一化針對每個掃描角發(fā)生。最 好是，相對于所有曝光的總合計時，這種規(guī)一化針對每個曝光發(fā)生。在本發(fā)明中，圖4象系統(tǒng)的增益被定義為總增益，并且考慮到了激光波 動、窗口上的污垢、檢測器靈歉變變化、以及影響測量的信號量值的任何 改變。因此，根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種用于檢測管道內(nèi)的氣體中的微粒的存在的方法，該方法包括(i)利用來自至少一個光照發(fā)射器的照明光束在管道的基本整個橫 截面上掃射管道；(ii M吏用至少一個檢測器**測來自光束內(nèi)的任何微粒的照明閃光， 其中檢測器安裝在管道的外面、并在投射管道的掃射區(qū)的區(qū)域之外；以及(iii)檢測來自微粒的照明的任何閃光，由此可以確定管道中出現(xiàn)的 任何微粒的存在。合適地，所述方法還包括(i) 設置門限水平；(ii) 將在光束的每一步i^M^r測器檢測的閃光的水平進行合計；(iii) 記錄所檢測的閃光，以及(iv) 檢測管道中的任何出現(xiàn)的微粒的存在、數(shù)量和位置。應當理解，本發(fā)明的裝置和方法能夠被用于多種環(huán)境，例如，用于不 同尺寸的管道來檢測各種粒子尺寸的,，以及用于管道中的具有一定流 速范圍的氣體。與本發(fā)明相關(guān)的>#^當針對每種環(huán)境進行優(yōu)化。通常， 根據(jù)本發(fā)明，能夠檢測微粒中的粒子的膝光時間應當被最大化，以便提高 其檢測枳^會。可以作出幾個一般原則膝光時間應當約與穿itil射器光束的粒子經(jīng)過時間相同。曝光時間必須能將信號從噪聲中區(qū)分出來。檢測器輸出應當被調(diào)整，最好通過調(diào)整門限，以便去除噪聲。通過增加發(fā)射器輸出功率可以增加檢測閃光的可能性，而任何相 關(guān)的噪聲產(chǎn)生應當被最小化。記錄器可以是能夠提供有關(guān)穿過管道的微粒的信息的任何設備。例 如，記錄器可以是任何可視的顯示單元，其可以持續(xù)足夠長時間，以便產(chǎn) 生步進掃射管道橫截面的平面位置指示。在另一類型的記錄器中，檢測器系統(tǒng)提供管道的橫截面的X-Y矩陣，該矩陣最好是從其透視扭曲圖校正 到管道的坐標。在又另一類型的記錄器中，,濃度的可接受性限度可以 被設置成高于該可接受性限度就指示不可接受的#^濃度，例如消除系統(tǒng) 失效。例如，所述失效可以是由于一個或更多消除系統(tǒng)元件的不良性能引 起的。于是，該失效的位置可以被顯示在例如工業(yè)車間控制面板的LED 或LCD顯示器上，和/或伴隨例如高音喇叭的告警噪聲發(fā)生器。在本發(fā)明 的又另一個實施例中，記錄器可以是激活例如發(fā)動機管理系統(tǒng)的、管理系 統(tǒng)的反饋環(huán)，以便根據(jù)失效來改正性能。另夕卜，根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例的裝置和方法的使用，當,經(jīng)過例 如激光時，通過檢測器系統(tǒng)可以檢測到反射光的小閃動，即閃光。盡管由 于粒子尺寸和折射率的不同(以及光學器件上的任何污垢)，針對每個塵 埃粒子閃光的幅度將會不同，然而閃光的速率和持續(xù)時間可以^于確定 微粒流量和,含量。所以，可以記錄閃光的速率和持續(xù)時間，并且，閃 光的幅度可以是微粒強度的指示。于是，除了確定微粒實際是從哪里經(jīng)過 消除系統(tǒng)的之外，閃光的速率和持續(xù)時間可以通過例如合計來記錄，以便 提供管道中,數(shù)量的指示。在建立和使用本發(fā)明的裝置、以及執(zhí)行本發(fā)明的方法時，將管道的 X-Y橫截面的矩陣適當?shù)靥峁┰谟嬎銠C上，并將關(guān)于在掃射管道期間的照 明的位置的所記錄的閃光的圖像*測器提供給該矩陣是方便的。以此方 式，可以獲得消除系統(tǒng)圖及其阻止微粒通過的效果。最好是，在建立本裝 置和使用本方法來險測微粒的存在時，本裝置和管道首先應使用在已知無 微粒的情況中，以便可以獲得用于比較運行中的結(jié)果的基線情況。本發(fā)明擴展到在管道系統(tǒng)中引入本裝置以及使用本方法。本發(fā)明的進一步的特4Mt權(quán)利要求中陳述。


現(xiàn)在將參考附圖僅僅通過示例的方式描述本發(fā)明，其中 圖1是根據(jù)本發(fā)明的、引入檢測裝置的管道的概略平面圖; 圖2是圖l的細節(jié)的透視圖； 圖3是典型的平面位置的指示器； 圖4是#^立的散射的說明；
圖5是在一些圖像處理之后的圖4的圖像說明； 圖6是被分成10xl0矩陣的消除系統(tǒng)視圖； 圖7是圖6的陣列圖；圖8和圖9是與圖7相對應的、^在,流的圖。
具體實施方式
圖1示出了安裝有根據(jù)本發(fā)明的裝置的管道(1)的平面圖。消除系 統(tǒng)(2)包括在跨管道整個橫截面以蜂窩格式設置一組過濾器。具有20 毫瓦的連續(xù)波束、近似2毫米x4毫米的縱橫比的準直橢圃光束的激光器 (3) 4^供660nm (紅色)波長的光照，其光束(4)穿過消除系統(tǒng)的下 游側(cè)而被導向橫穿管道的整個橫截面。通過步進器(5)，光束在平行于過 濾器的位置橫穿管道而掃射，其中，步進器(5)包括定位在相對于步進 電機的齒輪箱軸上的激光器；所述步進電機具有1,8度的步進角(半步進 模式為0.9度)，步進角精度為5%，電壓為5V，額定電流0.5~相。齒輪 箱掃描管道的"整個橫截面，其比率為100:1。這種掃描裝置被證明是 強壯的、抗震動的，能夠在寬溫度范圍、在掃描逸變范圍上利用可重復位 置信息來掃描。管道(1)最好是t電渦輪管道。投射管道的掃射區(qū)的區(qū)域從掃射區(qū)垂直擴展，所以，在該實施例中將 包括管道的基本整個容積。圖2非常詳細地示出了掃描裝置。通過C/CS裝配CCD相機(1004XA型，RF Concepts有FIU^司， Belfast, N.愛爾蘭BT16 1QT) ( 6 )錄測來自管道中的任何微粒的閃 光，所勤目機具有1:1.2視場的12毫米Compatar透鏡，其視場的中心以 大約45度角橫穿管道。視角(10)基本偏離垂直于光束掃射的平面(4)的方向。對于5平方米的管道，相;ta巨離消除系統(tǒng)的上邊緣的平面近似為3米。于是，它偏離到管道的側(cè)邊。發(fā)射器和相機二者都被設置在管道壁 的壁外面。相機^Li殳置在激光器的下游，其中，所述激光器本身在消除系 統(tǒng)的下游。檢測器方向與光束的掃射平面不垂直。在可選的實施例中，相積^L設置在激光器的上游并面對著下游；可以 優(yōu)選這種設置，因為氣體中的任何微粒不容易污染相機，并可以減少《Jt和由于來自消除系統(tǒng)的光的散射而引起的噪聲。然而，由于層流減少和/ 或微粒的擴散，這將減小裝置的空間分辨率。當發(fā)射器光束掃射管道橫截面時，對于發(fā)射器光束的每一步進，獲得閃光的圖像；該圖像僅僅對于照明光束的位置是唯一的。然后，對于每一 步進，來自檢測器相機的輸出被提供給記錄器(7)，這樣就獲得了沿光束 的^微粒的閃光的強度值，其中，所述記錄器利用來自檢測器相機的輸 出將其時基與來自發(fā)射器的照明光束的位置同步。在發(fā)射器光M管道中 掃射時，針對每一步進重復該過程。在使用本發(fā)明的裝置和方法之前根據(jù)管道上的X-Y坐標先定義管道 的幾何形狀是很方便的。閃光強度的陣列可以因此與管道橫截面的X-Y 坐標相聯(lián)系，以便形成管道中的微粒的圖像或圖。使用這個信息，可以監(jiān) 視消除系統(tǒng)中的單個過濾器的性能，并且，可以檢測出一個或任何過濾器 的性能中的,惡化。為了使用本裝置和方法，希望首先進行本裝置的安裝，以便確保發(fā)射 器、檢測器和同步器協(xié)同工作。然后，開始讓氣流^Vf道而不引入,。 通常，氣流將繼續(xù)幾分鐘，以便讓裝置清除管道上的任何殘留微粒，并使 任何瞬態(tài)效應減小。然后，開始在每一步進上以10秒的周期開始執(zhí)行本 發(fā)明的方法；在每一步進上檢測100幅圖像，以便從50個發(fā)射器步進中 的每個產(chǎn)生合并的圖像。圖3中示出了來自記錄器的典型平面位置指示，在下面描述隨后的處理。圖4說明了超過100個曝光的、來自單激光光束的微粒的散射。蜂窩 背景是過濾器組元件上的保護柵格。那兩條模糊的線條是粘著在過濾器的 網(wǎng)孔面上的區(qū)域。應當理解，所檢測的圖像可包含激光束內(nèi)部和外部的大量的閃光。也 可以手動設置門限以減少發(fā)生在光束外部的閃光，并將該門限應用到整個 圖像，以便進一步減少噪聲。從而，忽略低于該門限級別的任何閃光。圖 5示出了單個曝光，來自其的背景噪聲已經(jīng)通過門限處理。在單個步進器 位置上，通過將100次曝光進行平均來執(zhí)行門限處理，以便確定噪聲，其 1^從單個瀑光中減去，從而產(chǎn)生圖5。然后，通過將每個像素與3個像素的半寬度高斯(Gaussian)進行交 叉關(guān)聯(lián)處理，噪聲進一步減少和偏向減少。關(guān)聯(lián)是數(shù)值上的復雜分析且很 耗時，但是由于Gaussian是關(guān)于軸對稱的，因此可以通過巻積執(zhí)行所述 關(guān)聯(lián)。二維中的巻積其自身是不簡單的，但是，分析是可分離的，并且， 可以作為每一維中的巻積的序列來執(zhí)行處理。然后，通過峰值檢測算法，由處理器8分析圖像中的閃光中心的數(shù)目 和量值。該算法使用5x5像素尺寸的滑動掩模(slidingmask)。該滑動掩 模被用于圖像中的每個像素，并且如果滑動掩模的中心是該掩模的最大 值，那么，這個像素就被定義為峰值，并記錄該X-Y位置。如果X-Y位 置位于激光束的范圍之外，那么，這個中心就被作為噪聲而忽略。于是， 本方法允許通過X-Y位置和量值來定義每個散射中心，從而顯著地減少 數(shù)據(jù)。圖6示出了作為通過檢測器看到的透視扭曲圖的、被分成10x10矩陣 的消除系統(tǒng)的視圖。通過圖像調(diào)整器(9)，使用上面描述的Wolberg方 法將這個圖轉(zhuǎn)換成微粒系統(tǒng)的真實幾何形狀；這種方法也被用于將激光位 置映射成扭曲的圖像。在方塊40到49和在方塊50到59中所示的線條示 出了來自激光器的兩條光束的位置。圖7中示出了被分成10X10陣列的、具有方形橫截面的管道的典型 圖，其中，每個方塊被從1到99編號。該陣列代4^來自檢測器的輸出 的管道的透^曲圖糾正的、橫穿管道的X-Y圖。在圖7的圖中，呈現(xiàn) 了沒有#^被故意地引入進管道時的掃描；陣列的每個方塊的中心的數(shù)字 代表管道中的任何,的相對密度，其中，使用刻度0表示沒有#^，直 到9表示很重的,濃度?？梢钥闯觯诓糠止艿乐?，,僅僅呈現(xiàn)出低 的濃度。這個圖被用作為基線。圖8示出了當,的連續(xù)注射被引入管道時的、類似圖7的掃描的圖。 如圖上的數(shù)字所示，,不是隨著窄流，而M向于擴散到管道橫截面的 大部分。圖9示出了類似圖7的掃描的圖，其中，4吏用手動泵浦的微粒源，將 微粒注射到橫穿管道的消除系統(tǒng)的特定部分；可以看出，在方塊24和34 發(fā)現(xiàn)了很重的,濃度。這顯示出本發(fā)明的裝置和方法可以檢測出在消除 系統(tǒng)的輸出中的特定點上的銜險。圖8和圖9兩個圖考慮了圖7中所示的 基線條件。在數(shù)字表示管道中的各塊的微粒的相對濃度的圖7、圖8和圖9所表 示的圖可以被替換成具有不同顏色和深淺而不是數(shù)字的圖來表示微粒密
度；例如，無色(白色)可以表示沒有微粒，淺藍色表示輕微的,濃度， 直到綠色、黃色、橙色和紅色，最后一個表示很重的,濃度。應當注意與本申請相關(guān)的、同時或先于本說明書提交的以及向公眾公 開以檢驗本說明書的所有文章和文件，所有此類文章和文件的內(nèi)容都通過 引用合并于本申請中。本說明書中公開的所有特征(包括任何所附權(quán)利要求、摘要和附圖)、 和/或如此公開的任何方法和過程的所有步驟可以被結(jié)合到任何結(jié)合體 中，除了那些至少一些此類特征和/或步驟是相互排斥的結(jié)合體。本說明書(包括任何所附權(quán)利要求、摘要和附圖)中公開的每個特征 可以替換為作用相同、等同或類似目的的可選的特征，除非另外清楚地聲 明。這樣，除非另外清楚地聲明，所公開的每個特征僅僅是眾多的等同或 類似特征的一個示例。本發(fā)明不限于前述實施例的細節(jié)。本發(fā)明擴展到該i兌明書(包括任何所附權(quán)利要求、摘要和附圖)中公開的特征中的^r新穎的一個、或任何 新穎的組合，或擴展到如此公開的^方法或過程的步驟中的,新穎的 一個、或任何新穎的組合。
權(quán)利要求
1. 提供一種用于檢測管道內(nèi)的氣體中的瞬時微粒的存在的裝置，所述裝置包括(i) 至少一個照明發(fā)射器，其能夠從管道外側(cè)和管道對管道的基本 整個橫截面進行掃射；以及(ii) 至少一個檢測器，用于當光束在所述管道的所i^截面上掃射中，當光束掃射到所述管道的所述橫截面上時，所述檢測器被配置成安裝 在所述管道的外部，并且在投射所述管道的掃射區(qū)的區(qū)域之外。
2. 如權(quán)利要求l所述的裝置，其中，所述照明是準直光束。
3. 如權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的裝置，其中，所iOL射器被配 置成步進掃射。
4. 如前述權(quán)利要求中的任何一個中所述的裝置，其中，所述檢測器 對所述照明是可聚焦的。
5. 如前述權(quán)利要求中的任何一個中所述的裝置，其中，進一步提供 了記錄器，其用于當所述光束在所述管道掃射時的所述照明內(nèi)檢測的W^T 閃光。
6. 如前述權(quán)利要求中的任何一個中所述的裝置，其中，進一步提供 了圖像調(diào)整器，其被配置成調(diào)整由所逸險測器接收的圖像，以考慮從所述 管道外側(cè)接收的圖像。
7. 如前述權(quán)利要求中的任何一個中所述的裝置，其中，所iOL射器 是激光器。
8. 如權(quán)利要求7所述的裝置，其中，所述激光器提供660nm的照明。
9. 如前述權(quán)利要求中的任何一個中所述的裝置包括步進電機，用以 在管道上步進地掃射發(fā)射器光束。
10. 如權(quán)利要求9所述的裝置，其中，所^射器附著到所述步進電 機的軸。
11. 如前述權(quán)利要求中的任何一個中所述的裝置，包括一個發(fā)射器。
12. 如前述權(quán)利要求中的任何一個中所述的裝置，其中，所述檢測器 是調(diào)節(jié)到所iOL射器的波長的相機。
13. 如前述權(quán)利要求中的任何一個中所述的裝置，包括用于對所述裝 置中的噪聲水平進行門限處理的裝置，所述裝置用于掩蔽所檢測的閃光。
14. 如前述權(quán)利要求中的任何一個中所述的裝置，其中，所述記錄器 是用于所檢測的微粒的平面位置指示器。
15. 如權(quán)利要求1到權(quán)利要求13的任何一個中所述的裝置，其中， 所述記錄器是用于顯示所述管道的所述橫截面的X-Y矩陣的監(jiān)視器。
16. 如前述權(quán)利要求中的任何一個中所述的裝置，其中，所述記錄器 是告警高音喇叭。
17. 如權(quán)利要求1到權(quán)利要求13的任何一個中所述的裝置包括一個 用于激活管理系統(tǒng)的反饋回路，其可以糾正性能以考慮消除系統(tǒng)的失效。
18. 如前述權(quán)利要求中的任何一個中所述的裝置，其中，提供了用于 根據(jù)所述檢測器的輸出來糾正所述管道的透視扭曲圖的裝置。
19. 如前述權(quán)利要求中的任何一個中所述的裝置包括管道。
20. 如權(quán)利要求19所述的裝置，其中，所^il射器和/或所述檢測器 ^Li殳置在所述管道的內(nèi)側(cè)。
21. 如權(quán)利要求19所述的裝置，其中，所U射器和所逸險測器二 者^Li更置在所述管道的外側(cè)。
22. —種管道系統(tǒng)包括管道；至少部分在所述管道內(nèi)的消除系統(tǒng)； 以及根據(jù)前i^利要求的任何一個的、用于檢測所述管道內(nèi)的氣體中的瞬 時微粒的存在的裝置。
23. 如權(quán)利要求22所述的管道系統(tǒng)，其中，所#測器的視角偏離 所述掃射橫截面平面的垂線至少20度、優(yōu)選30度、以及更優(yōu)選40度。
24. 如權(quán)利要求22或權(quán)利要求23所述的管道系統(tǒng)，其中，所述管道 包括渦4^入口。
25. 如權(quán)利要求24所述的管道系統(tǒng)，其中，所述渦輪入口是良電渦 輪的。
26. 提供一種用于檢測管道內(nèi)的氣體中的微粒的存在的方法，所述方 法包括(i)用來自至少一個照明發(fā)射器的照明光束在管道的基本整個橫截 面上進行掃射；(ii )使用用于檢測來自所述光束內(nèi)的所述微粒的所述照明的任何閃 光的至少一個檢測器，并檢測來自所述,的照明的任何閃光，從而可以 確定所述管道中出現(xiàn)的任何微粒的存在，其中，所述檢測器安裝在管道夕卜 部，并且位于投射所述管道的掃射區(qū)的區(qū)域之外。
27. 如權(quán)利要求26所述的方法包括沒置用于檢測噪聲的門限水平的 步驟。
28. 如權(quán)利要求26所述的方法，其中，所述門限至少部分是空間限 定的。
29. 如權(quán)利要求26或權(quán)利要求28所述的方法，其中，所述門限至少 部分是時間限定的。
30. 如權(quán)利要求26到權(quán)利要求29的任何一個中所述的方法，包括 當在給定步iiJi存在超過一個檢測器輸出時，對在所述光束的每個步進上 的、從所述檢測器檢測到的閃光水平進行合計的步驟。
31. 如權(quán)利要求26到權(quán)利要求30的任何一個中所述的方法，其中， 所述光束以每分鐘1到20次的速率掃射，每個掃射具有20和100個之間 的發(fā)射器步進。
32. 如權(quán)利要求26到權(quán)利要求31的任何一個中所述的方法，其中， 所述光束以每個掃射具有20和100個之間的發(fā)射器步來進來掃射。
33. 如權(quán)利要求26到權(quán)利要求32的任何一個中所述的方法，包括將 顯示從透視扭曲的圖像糾正到管道的X-Y坐標的步驟。
34. —種用于檢測管道內(nèi)的氣體中的微粒的存在的方法，所述方法包括(i) 用來自至少一個照明發(fā)射器的準直的照明光束在管道的基本整 個橫截面上步進掃射管道；(ii) 將至少一個檢測器聚焦在所述準直光束上，用于在所述光束的 每個步進上檢測來自所述光束內(nèi)的微粒的所述照明的任何閃光；(iii) 檢測來自所述,的所述照明的任何閃光；(iv) 設置門限水平；(v) 在所述光束的每個步進，對從所述檢測器檢測的閃光水平進行 合計；以及 (vi) 記錄所檢測的閃光；以及(vii) 確定所述管道內(nèi)出現(xiàn)的W^P^的存在、數(shù)量和位置。全文摘要
提供了一種用于檢測管道(1)內(nèi)的氣體中的瞬時微粒的存在的裝置，包括(i)用于照明(4)的至少一個發(fā)射器(3)，其能夠從管道的外側(cè)和管道掃射管道的基本整個橫截面；以及(ii)至少一個檢測器(6)，用于當光束在管道的橫截面上掃射時，檢測來自照明內(nèi)的任何微粒的所述照明的任何閃光的存在和位置，其中，當光束掃射到管道的橫截面上時，所述檢測器被配置成安裝在管道的外部，并且在投射管道的掃射區(qū)的區(qū)域之外。
文檔編號G01N15/06GK101124474SQ200680002237
公開日2008年2月13日 申請日期2006年1月13日 優(yōu)先權(quán)日2005年1月14日
發(fā)明者倫納德·弗雷德里克·喬治·威廉姆斯, 葉戈爾·彼得羅維奇·贊迪, 約翰·理查德·班 申請人:聯(lián)合數(shù)據(jù)歐洲有限公司