專利名稱：多波長(zhǎng)溫度計(jì)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大體上涉及熱測(cè)量系統(tǒng)，并且更加具體地涉及多波長(zhǎng)溫度計(jì)。
背景技術(shù)：
當(dāng)前在高溫和/或高壓環(huán)境中測(cè)量實(shí)際部件的溫度的方法存在缺陷。監(jiān)測(cè)熱部件溫度的一個(gè)方法是間接測(cè)量離開發(fā)動(dòng)機(jī)(engine)的氣體溫度并且使 用其作為部件溫度的指示。然而，間接溫度測(cè)量技術(shù)相對(duì)不準(zhǔn)確，并且已經(jīng)提出用于直接測(cè) 量部件溫度的方法。測(cè)量組成部件的絕對(duì)溫度的另一個(gè)方法是通過使用熱電偶。然而，在這些類型的 嚴(yán)酷環(huán)境中的溫度測(cè)量由于不確定的輻射損耗而受到限制，且熱電偶由于它們侵入實(shí)際部 件和/或氣體環(huán)境中而壽命較短。另外，這些侵入測(cè)量方法僅提供在單個(gè)點(diǎn)的溫度信息，其 對(duì)于例如燃?xì)鉁u輪機(jī)操作等的操作有具有有限的用途。高溫計(jì)(也稱為紅外溫度計(jì))提供物體的非接觸式溫度測(cè)量并且已經(jīng)用于在多種 工業(yè)、科學(xué)和商業(yè)過程中估計(jì)物體的溫度。在已經(jīng)使用的高溫計(jì)的技術(shù)中的一個(gè)是多波長(zhǎng) 高溫計(jì)。在該技術(shù)中，物體的絕對(duì)溫度通過采樣和結(jié)合由物體在多個(gè)波長(zhǎng)發(fā)射的輻射來確定。用于在該類型環(huán)境中測(cè)量溫度的另一個(gè)技術(shù)是使用激光器。盡管激光器可提供準(zhǔn) 確的益處，它們過于苦于它們自己的缺點(diǎn)，即高成本、增加的靈敏度和對(duì)重新調(diào)諧的持續(xù)需 要。另外，這些技術(shù)中沒有一個(gè)能夠同時(shí)測(cè)量這些部件通常所在的氣態(tài)環(huán)境的溫度。用于測(cè)量在某些嚴(yán)酷環(huán)境中的溫度的另一個(gè)復(fù)雜化因素是在某些燃燒區(qū)(例如 飛行器發(fā)動(dòng)機(jī))中嚴(yán)格控制在燃燒區(qū)中增添任何種類的裝置。例如，F(xiàn)AA限制什么裝置、部 件等可放在渦輪機(jī)區(qū)域中。那么，盡管溫度的被動(dòng)測(cè)量在應(yīng)對(duì)法規(guī)限制方面可能是更可取 的，但它在技術(shù)上具有限制。因此，持續(xù)需要有特別在嚴(yán)酷環(huán)境中的溫度測(cè)量方面的改進(jìn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明通過提供改進(jìn)的多波長(zhǎng)溫度計(jì)克服上文提到的缺陷中的至少一些。更具體 地，本發(fā)明的方面提供熱測(cè)量系統(tǒng)、直接測(cè)量溫度的方法、用于測(cè)量溫度的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品 和運(yùn)用測(cè)量溫度的應(yīng)用的方法。因此，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，熱測(cè)量系統(tǒng)包括光收集裝置；與該光收集裝置通 信(communication)的檢測(cè)系統(tǒng)，該檢測(cè)系統(tǒng)包括第一檢測(cè)子系統(tǒng)和第二檢測(cè)子系統(tǒng)，其中該第一檢測(cè)子系統(tǒng)配置成檢測(cè)來自物體表面的光，進(jìn)一步地其中該第二檢測(cè)子系統(tǒng)配置 成檢測(cè)來自表面和氣體的光。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，熱測(cè)量系統(tǒng)包括光收集裝置；和與該光收集裝置通 信的檢測(cè)系統(tǒng)，其中該檢測(cè)系統(tǒng)配置成檢測(cè)來自氣體的光強(qiáng)度。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，直接測(cè)量溫度的方法包括收集來自物體的表面的通過 氣體的光；接收和測(cè)量物體的表面的溫度中之一；并且基于收集的光和物體表面的溫度測(cè) 量該氣體的溫度。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，直接測(cè)量溫度的方法包括收集來自氣體的光；并且基 于收集的光測(cè)量該氣體的溫度。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)上用于測(cè)量溫 度，該計(jì)算可讀介質(zhì)包括用于執(zhí)行下列步驟的程序代碼收集來自物體的表面的通過氣體 的光；接收和測(cè)量物體的表面的溫度中之一；并且基于該光和溫度測(cè)量該氣體的溫度。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，運(yùn)用測(cè)量溫度的應(yīng)用的方法包括提供計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)設(shè) 施，其可操作成收集來自物體的表面的通過氣體的光；接收和測(cè)量物體的表面的溫度中 之一；并且基于該光和溫度測(cè)量該氣體的溫度。通過下列詳細(xì)說明和圖將使本發(fā)明的各種其他特征和優(yōu)勢(shì)明顯。


附示當(dāng)前設(shè)想用于實(shí)施本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例。圖1是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的多波長(zhǎng)溫度計(jì)的框圖。圖2A是由本發(fā)明的實(shí)施例采用的發(fā)射與波長(zhǎng)的關(guān)系曲線。圖2B是由本發(fā)明的實(shí)施例采用的發(fā)射與波長(zhǎng)的關(guān)系曲線。圖3A-3C是根據(jù)本發(fā)明的各種實(shí)施例的多波長(zhǎng)溫度計(jì)的光學(xué)系統(tǒng)和檢測(cè)系統(tǒng)的 示意圖。圖4是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的被動(dòng)吸收(passive absorption)方法的流程圖。圖5是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的示意圖。圖6是本發(fā)明的實(shí)施例的單點(diǎn)光學(xué)系統(tǒng)部分的透視圖。圖7是本發(fā)明的實(shí)施例的一維陣列光學(xué)系統(tǒng)部分的透視圖。圖8是本發(fā)明的實(shí)施例的二維陣列光學(xué)系統(tǒng)部分的透視圖。
具體實(shí)施例方式如本文詳細(xì)論述的，本發(fā)明的實(shí)施例包括改進(jìn)的熱測(cè)量系統(tǒng)(或改進(jìn)的多波長(zhǎng)溫 度計(jì))，其提供用于通過對(duì)從物體的表面發(fā)射的無阻礙地(即，很少或沒有吸收)通過氣體 的光的波長(zhǎng)進(jìn)行采樣同時(shí)額外地對(duì)由氣體部分吸收并且重新發(fā)射的光(具有基于它已經(jīng) 通過的氣體的特征)的波長(zhǎng)進(jìn)行采樣來測(cè)量氣體和物體(常常同時(shí)地)的溫度(典型地高 溫)的非接觸式手段。在其他實(shí)施例中，該熱測(cè)量系統(tǒng)能夠測(cè)量氣體的溫度，同時(shí)物體表面 的溫度由其他手段提供(例如，從數(shù)據(jù)庫(kù))。從而，本發(fā)明的方法可以在發(fā)動(dòng)機(jī)工作期間同 時(shí)提供實(shí)時(shí)的表面和氣體溫度。該被動(dòng)吸收光譜方法提供好處在于它被動(dòng)地使用物體的熱表面作為發(fā)射器(對(duì)
4比使用激光器)并且可采用可用的管道鏡端口以使用光收集探頭來檢測(cè)光發(fā)射。獲得的準(zhǔn) 確溫度信息將幫助監(jiān)測(cè)并且確認(rèn)性能(例如，葉片(blade)/葉片桶(bucket)性能)以及 幫助優(yōu)化燃燒室性能。最終，本發(fā)明的方面可用作例如供應(yīng)品(例如，與渦輪機(jī)，與飛行器發(fā)動(dòng)機(jī)等一起 的)、獨(dú)立產(chǎn)品、服務(wù)品和/或服務(wù)品的部件。穩(wěn)態(tài)溫度數(shù)據(jù)和瞬態(tài)溫度數(shù)據(jù)兩者可獲得并 且用于跟蹤和測(cè)量局部燃燒室性能和部件健康度。本發(fā)明的方面甚至可遠(yuǎn)離實(shí)際氣體和物 體。例如，采用本發(fā)明的方面的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可在遠(yuǎn)程位置中、在軟盤上、和/或通過互聯(lián)網(wǎng) 可用的?，F(xiàn)在轉(zhuǎn)向附圖，圖1是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的熱測(cè)量系統(tǒng)或系統(tǒng)10的框圖表示。 該系統(tǒng)10包括發(fā)射光92的物體90。該光92朝向系統(tǒng)90通過氣體或多個(gè)氣體80。該發(fā) 射的光92通過氣體80并且光94由光學(xué)系統(tǒng)20收集。從該光學(xué)系統(tǒng)20，光傳送到檢測(cè)器 系統(tǒng)40。檢測(cè)器系統(tǒng)40的實(shí)施例(其將在下文參照?qǐng)D3A至3C詳細(xì)描述)發(fā)射校準(zhǔn)的模 擬信號(hào)96。該校準(zhǔn)的模擬信號(hào)96進(jìn)一步通過數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)M，其可包括模數(shù)(A/D)調(diào)節(jié) 器，其輸出數(shù)字信號(hào)97。該A/D調(diào)節(jié)器M可進(jìn)一步配置成提高信號(hào)質(zhì)量。該數(shù)字信號(hào)97 最后輸入到在計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)設(shè)施102中的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)100，其處理信號(hào)97并且輸出物體90和 /或氣體80的發(fā)射率光譜(emissivity spectrum)和溫度。例如，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)100配置成 使用算法處理信號(hào)以提供氣體80的溫度。應(yīng)該注意到本發(fā)明不限于用于執(zhí)行本發(fā)明的處理任務(wù)的任何特定的處理器。術(shù)語 “處理器”(如在本文中使用的該術(shù)語)意在指示能夠執(zhí)行對(duì)于執(zhí)行本發(fā)明的任務(wù)必需的運(yùn) 算(calculation)或計(jì)算(computation)的任何機(jī)器。術(shù)語“處理器”意在指示能夠接受 結(jié)構(gòu)化輸入和根據(jù)規(guī)定的規(guī)則處理輸入以產(chǎn)生輸出的任何機(jī)器。還應(yīng)該注意到如本文使用 的短語“配置成”意思是處理器配備有用于執(zhí)行本發(fā)明的任務(wù)的硬件和軟件的組合，如將由 本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員理解的。熱測(cè)量系統(tǒng)10可被采用以在多種環(huán)境中測(cè)量氣體80和/或物體90的表面的溫 度。通過示例并且非限制性的，物體90可實(shí)際上是任何靜止或移動(dòng)物體，或其的某種組合。 例如，靜止物體可以是燃?xì)鉁u輪機(jī)的任一個(gè)或多個(gè)熱氣路徑部件，例如燃燒室襯套、渦輪機(jī) 噴嘴、渦輪機(jī)定子、渦輪機(jī)加力燃燒器(turbine afterburner)等。相似地，移動(dòng)物體的示例 可以是在嚴(yán)酷環(huán)境中典型地任何穿越或旋轉(zhuǎn)物體。旋轉(zhuǎn)物體的示例可是渦輪機(jī)葉片。穿越 物體的示例可以是活塞。清楚地，熱測(cè)量系統(tǒng)10可用于測(cè)量溫度的物體90可以是除在本文 中列出的示范性實(shí)施例外的物體。本發(fā)明的方面提供在嚴(yán)酷環(huán)境(例如，高溫)中測(cè)量溫 度的優(yōu)勢(shì)。系統(tǒng)10可測(cè)量溫度，其中物體90的表面的溫度在大約500° F至大約3000° F 的范圍中和/或其中氣體80的溫度在大約500° F至大約4000° F的范圍中。相似地，熱測(cè)量系統(tǒng)10可被采用以測(cè)量多種氣體80的溫度。在典型的燃燒環(huán)境 中，系統(tǒng)10可在氣體80是例如二氧化碳(CO2)、蒸汽(H20)、碳?xì)浠衔?例如，天然氣、汽 化噴射燃料、柴油氣)或其的一些組合的地方使用。其他類型的氣體也可由系統(tǒng)10測(cè)量。 相似地，熱測(cè)量系統(tǒng)10可在多種增壓環(huán)境中采用。例如，氣體80在所在的環(huán)境(例如，燃 燒室)的壓強(qiáng)在一些實(shí)施例中可至少是大約3個(gè)大氣壓，或在其他實(shí)施例中至少大約5個(gè) 大氣壓等。在其他實(shí)施例中，壓強(qiáng)可處于大氣壓，在真空下等。圖2A圖示描繪光的發(fā)射與當(dāng)光從物體90通過氣體80 (參見例如圖1)時(shí)它的波長(zhǎng)相比的曲線70。本發(fā)明的方面采用在曲線70上的信息。如曲線70所示，以某些波長(zhǎng)或 強(qiáng)度的光通過氣體80，且具有被氣體80的極少地(例如，很少或沒有)吸收和發(fā)射。這些 區(qū)域中的一些(即，極少氣體吸收/發(fā)射區(qū)域)由羅馬數(shù)字I在圖2A中描繪。相似地，以 某些波長(zhǎng)或強(qiáng)度的光通過氣體80并且由氣體80相當(dāng)大地吸收和發(fā)射。這些區(qū)域中的一些 (即，具有相當(dāng)大氣體吸收/發(fā)射的區(qū)域)由羅馬數(shù)字II在圖2A中描繪。另外，以從大約4 μ m到大約5 μ m的波長(zhǎng)(在圖2A和2B中描繪為72)，氣體80發(fā) 射并且吸收可在特定實(shí)施例中的波長(zhǎng)范圍中檢測(cè)的光。圖2B圖示描繪光的發(fā)射與波長(zhǎng)相比的曲線70。本發(fā)明的方面采用在曲線70上的 信息。系統(tǒng)10收集并且使用可能具有從大約0.5μπι到大約10 μ m的波長(zhǎng)的光(例如，來 自物體90的表面和/或由氣體80吸收并且發(fā)射)。如在實(shí)施例中示出的，取決于特定氣 體或多個(gè)氣體80(參見例如圖1)，在系統(tǒng)10中使用具有與標(biāo)記II的區(qū)域(圖2A)中的至 少一個(gè)匹配的檢測(cè)范圍的檢測(cè)器76。描繪為76的三個(gè)箭頭圖示波長(zhǎng)或波長(zhǎng)范圍，其中可 使用三個(gè)(3)檢測(cè)器，其檢測(cè)由特定氣體80相當(dāng)大地吸收并且發(fā)射的光。相似地，取決于 特定氣體或多個(gè)氣體80，在系統(tǒng)10中使用具有與標(biāo)記I的區(qū)域(圖2A)中的至少一個(gè)匹 配的檢測(cè)范圍的檢測(cè)器74。描繪為74的四個(gè)箭頭圖示波長(zhǎng)或波長(zhǎng)范圍，其中可使用四個(gè) (4)檢測(cè)器，其檢測(cè)由特定氣體80極少地吸收并且發(fā)射的光。清楚地，在本發(fā)明中可采用 檢測(cè)點(diǎn)74、76的其他配置和數(shù)量。從而，在本發(fā)明的方面下，可選擇一個(gè)或多個(gè)檢測(cè)器，其 具有對(duì)應(yīng)于其中氣體相當(dāng)大地吸收并且發(fā)射光的特定檢測(cè)波長(zhǎng)(或范圍)(例如，稱為“氣 體”檢測(cè)器)。相似地，在本發(fā)明的方面下，可選擇一個(gè)或多個(gè)檢測(cè)器，其具有對(duì)應(yīng)于其中氣 體極少地吸收并且發(fā)射光的特定檢測(cè)波長(zhǎng)(或范圍)(例如，稱為“物體”檢測(cè)器)。如此， 系統(tǒng)10(圖1)能夠收集光并且最終測(cè)量氣體80的溫度和/或物體90的溫度。圖3A圖示光學(xué)系統(tǒng)20和檢測(cè)系統(tǒng)40的示范性配置，如在圖1中引用的。氣體80 已經(jīng)吸收并且朝光學(xué)系統(tǒng)20發(fā)射光94。光94的部分(即，特定波長(zhǎng))無阻礙地來自物體 90的表面(即，沒有由氣體80吸收并且發(fā)射)。相似地，光94的部分(即，特定波長(zhǎng))從 物體90的表面發(fā)射，但由氣體80吸收并且發(fā)射。在任何情況下，光94由光學(xué)系統(tǒng)20收集 然后通過檢測(cè)器系統(tǒng)140。在該特定實(shí)施例中，檢測(cè)系統(tǒng)140包括通過光纖44與多個(gè)檢測(cè) 器連接或光通信的解復(fù)用器(demultiplexer)42或相似裝置。該解復(fù)用器42有效地將由 光學(xué)系統(tǒng)20收集的光分成分開的波長(zhǎng)。檢測(cè)器包括至少一個(gè)物體檢測(cè)器50和至少一個(gè)氣 體檢測(cè)器60。光學(xué)系統(tǒng)20可包括例如通過纖維M與檢測(cè)系統(tǒng)40連接的光收集裝置22。 物體檢測(cè)器50可包括單個(gè)、多個(gè)適合的檢測(cè)器，或適合的檢測(cè)器陣列。相似地，氣體檢測(cè)器 60可包括單個(gè)、多個(gè)適合的檢測(cè)器，或適合的檢測(cè)器陣列。盡管四個(gè)物體檢測(cè)器50和兩個(gè) 氣體檢測(cè)器60的配置在圖3A中示出，很清楚，在本發(fā)明的方面下設(shè)想其他配置。檢測(cè)系統(tǒng) 140連接到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)100。參照?qǐng)D2和3A兩者，解復(fù)用器42可配置(例如，確定大小) 以便將由光學(xué)系統(tǒng)20接收的光分為發(fā)射曲線(圖2A和2B)的一個(gè)或多個(gè)部分或范圍，使 得光的至少一部分來自標(biāo)記74的區(qū)域并且光的至少一部分來自標(biāo)記I的區(qū)域(圖2A)。例 如，如在圖3A中示出的，解復(fù)用器42可將光分為六個(gè)(6)不同的波長(zhǎng)或波長(zhǎng)范圍，使得四 個(gè)不同的物體檢測(cè)器50和兩個(gè)不同的氣體檢測(cè)器60配置成檢測(cè)在沿發(fā)射曲線的不同點(diǎn)處 的光。如此，氣體檢測(cè)器60和解復(fù)用器42配置使得氣體檢測(cè)器60檢測(cè)其中特定氣體80吸 收并且發(fā)射光的區(qū)域11(圖2A)中的光。相似地，物體檢測(cè)器50和解復(fù)用器42配置使得物體檢測(cè)器50檢測(cè)其中當(dāng)來自物體90的表面的光92 (圖1)通過特定氣體80時(shí)其大致上 不吸收和/或發(fā)射光的區(qū)域74中的光。如此，檢測(cè)系統(tǒng)40能夠檢測(cè)對(duì)應(yīng)于從物體90的表 面發(fā)射的光和由氣體80吸收和/或發(fā)射的光兩者的光的多個(gè)波長(zhǎng)。從由檢測(cè)系統(tǒng)140檢 測(cè)的光提供的信息，系統(tǒng)10能夠測(cè)量氣體80的溫度和/或物體90的表面的溫度。在另一 個(gè)實(shí)施例中，解復(fù)用器42和氣體檢測(cè)器60可進(jìn)一步配置使得檢測(cè)在范圍72 ( S卩，大約4 μ m 到大約5 μ m)中的光。圖;3B圖示光學(xué)系統(tǒng)20和檢測(cè)系統(tǒng)40的另一個(gè)示范性配置，如在圖1中引用的。 氣體80已經(jīng)吸收并且發(fā)射來自從物體90的表面發(fā)射的光92的處于某些波長(zhǎng)(或范圍) 的光。相似地，從物體90的表面發(fā)射的光的某些波長(zhǎng)由氣體80極少阻礙地到達(dá)。在任一 情況下，光94通過光學(xué)系統(tǒng)20。光94由光學(xué)系統(tǒng)20收集然后通過檢測(cè)器系統(tǒng)240。在該 特定實(shí)施例中，檢測(cè)系統(tǒng)240包括通過合適的手段(例如，光纖)44與多個(gè)檢測(cè)器連接或光 通信的光分離器46 (例如，分束器等)。光分離器46有效地將由光學(xué)系統(tǒng)20收集的光分成 分開的光路徑。檢測(cè)器包括至少一個(gè)物體檢測(cè)器52和至少一個(gè)氣體檢測(cè)器62，其中物體檢 測(cè)器52和氣體檢測(cè)器62包括帶通濾波器。光學(xué)系統(tǒng)20可包括例如通過纖維M與檢測(cè)系 統(tǒng)40連接的光收集裝置22。物體檢測(cè)器52可包括單個(gè)、多個(gè)適合的檢測(cè)器，或適合的檢測(cè) 器陣列。相似地，氣體檢測(cè)器62可包括單個(gè)、多個(gè)適合的檢測(cè)器，或適合的檢測(cè)器陣列。盡 管四個(gè)物體檢測(cè)器52和兩個(gè)氣體檢測(cè)器62的配置在圖:3B中示出，清楚地，在本發(fā)明的方 面下設(shè)想其他配置。檢測(cè)系統(tǒng)240連接到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)100。參照?qǐng)D2A、2B和;3B，盡管光分 離器46配置成將接收的光分成都具有相同波長(zhǎng)的多個(gè)光路徑，物體檢測(cè)器52和氣體檢測(cè) 器62中的每個(gè)的帶通濾波器配置(例如，確定大小)為以便由光學(xué)系統(tǒng)20檢測(cè)來自發(fā)射 曲線(圖2A、2B)的特定部分或范圍的光，使得光的至少一部分來自標(biāo)記I的區(qū)域(圖2A) 并且光的至少一部分來自標(biāo)記II的區(qū)域(圖2A)。例如，如在圖:3B中示出的，六個(gè)檢測(cè)器 52、62的帶通濾波器配置(例如，確定大小)使得四個(gè)不同的物體檢測(cè)器52和兩個(gè)不同的 氣體檢測(cè)器62配置成檢測(cè)在沿發(fā)射曲線(圖2A、2B)的不同點(diǎn)處的光。如此，氣體檢測(cè)器 62與它們的相應(yīng)帶通濾波器配置使得氣體檢測(cè)器62檢測(cè)在其中特定氣體80吸收并且發(fā) 射在一些波長(zhǎng)的光的區(qū)域II中的光。相似地，物體檢測(cè)器52和它們的相應(yīng)帶通濾波器配 置使得物體檢測(cè)器52檢測(cè)在其中當(dāng)來自物體90的表面的光92(圖1)通過特定氣體80時(shí) 其極少地或不吸收和/或發(fā)射光的區(qū)域1(圖2A)中的光。如此，檢測(cè)系統(tǒng)240能夠檢測(cè)對(duì) 應(yīng)于從物體90的表面無阻礙地發(fā)射的光和由氣體80吸收和/或發(fā)射的光兩者的多個(gè)波長(zhǎng) 的光。從由檢測(cè)系統(tǒng)240檢測(cè)的光提供的信息，系統(tǒng)10能夠測(cè)量氣體80的溫度和/或物 體90的表面的溫度。在另一個(gè)實(shí)施例中，氣體檢測(cè)器62和它的對(duì)應(yīng)帶通濾波器可進(jìn)一步 配置使得檢測(cè)在范圍72 (即，大約4 μ m到大約5 μ m)中的光。光學(xué)系統(tǒng)20和檢測(cè)系統(tǒng)40的各種實(shí)施例可與本發(fā)明一起使用。光采用多種方式 從氣體吸收/發(fā)射來收集和/或從來自物體的表面的光收集。在實(shí)施例中，光從在物體表 面上的單點(diǎn)收集(即，單點(diǎn)實(shí)施例)，如在圖6中描繪的。在另一個(gè)實(shí)施例中，光從沿在物體 表面上的一維陣列來收集(即，I-D實(shí)施例)，如在圖7中描繪的。在再另一個(gè)實(shí)施例中，光 可從沿在物體表面上的二維陣列收集(即，2-D實(shí)施例)，如在圖8中描繪的。在單點(diǎn)實(shí)施 例(圖6)中，光可由單個(gè)被動(dòng)光收集器收集使得光沿通過氣體80到在物體90表面上的單 點(diǎn)的單個(gè)軸線收集。在ID實(shí)施例(圖7)中，光可采用與在圖3A和;3B中描繪的那個(gè)相似的方式收集，其中光從在物體90表面上的多個(gè)點(diǎn)(例如，從五個(gè)點(diǎn))收集。例如，如果光在 沿物體90表面的五個(gè)位置收集，那么參照?qǐng)D3A和3B，要求六個(gè)(6)檢測(cè)器50、60或52、62 乘以測(cè)量位置的數(shù)量。從而，總共三十個(gè)(30)檢測(cè)器50、60或52、62可采用以測(cè)量來自物 體90和氣體80的光。不管是否采用具有檢測(cè)器50、60的解復(fù)用器42或具有檢測(cè)器(具 有帶通濾波器)52、63的光分離器46，可使用總共MXN數(shù)量的檢測(cè)器。M限定為光從物體 90和氣體80收集的多少個(gè)點(diǎn)或位置。N限定為在每單個(gè)點(diǎn)檢測(cè)的來自曲線70的光的多少 個(gè)波長(zhǎng)或波長(zhǎng)范圍。參照?qǐng)D3C，可采用使用拍攝裝置56的檢測(cè)系統(tǒng)340的另一個(gè)實(shí)施例。盡管對(duì)于 ID和2D實(shí)施例更實(shí)用，該實(shí)施例可在單點(diǎn)實(shí)施例中使用。如示出的，解復(fù)用器42與作為檢 測(cè)系統(tǒng)340的部分的至少一個(gè)拍攝裝置56通信。檢測(cè)在特定波長(zhǎng)的光的檢測(cè)系統(tǒng)340與 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)100通信。在實(shí)施例中，可使用多個(gè)拍攝裝置56，其中每個(gè)拍攝裝置56配置成 測(cè)量在一個(gè)波長(zhǎng)或波長(zhǎng)范圍的光。在另一個(gè)實(shí)施例中，光分成若干區(qū)域，其中每個(gè)區(qū)域配置 成測(cè)量在一個(gè)波長(zhǎng)或波長(zhǎng)范圍的光。如此，光采用多種配置收集使得溫度采用多種配置同時(shí)測(cè)量。例如，在單點(diǎn)配置 中，溫度在物體90的表面上的單個(gè)點(diǎn)處并且沿通過氣體80的單個(gè)軸線測(cè)量(參見例如圖 6)。在ID配置中，溫度在物體90的表面上的M個(gè)點(diǎn)處并且沿通過氣體80的M個(gè)軸線測(cè)量 (參見例如圖7)。在2D配置中，溫度在物體90的表面上的T個(gè)點(diǎn)處并且沿通過氣體80的 T個(gè)軸線測(cè)量(參見例如圖8)。在另一個(gè)實(shí)施例中，可配置系統(tǒng)10使得僅收集由氣體80發(fā)射和吸收的光。在該 實(shí)施例中，忽略和/或不測(cè)量沒有或有極少氣體吸收的光。氣體溫度在該實(shí)施例中仍提供。 在該實(shí)施例中，物體90的表面溫度可由其他手段接收。例如，物體90的表面溫度可從存儲(chǔ) 在存儲(chǔ)系統(tǒng)118中的光譜參數(shù)138提供(參見圖幻。備選地，物體90的表面溫度是已知的 并且/或由其他手段計(jì)算。參照?qǐng)D4，描繪被動(dòng)吸收光譜的方法的實(shí)施例。方法900(其可由計(jì)算機(jī)系統(tǒng) 100(圖幻進(jìn)行)包括在907收集其中氣體80或多個(gè)氣體相當(dāng)大地吸收并且發(fā)射光的波長(zhǎng) 或波長(zhǎng)范圍的光強(qiáng)度。在904，該方法包括收集其中氣體80或多個(gè)氣體吸收并且發(fā)射最少 的光或不吸收和發(fā)射光的波長(zhǎng)或波長(zhǎng)范圍的光強(qiáng)度。從在904和907的光的收集，在912 計(jì)算比率，其中比率是表面溫度、氣體溫度、壓強(qiáng)和/或氣體成分的函數(shù)。在908，確定物體 90的表面溫度。如上文論述的，備選地在906，表面溫度可由其他手段(例如，光譜參數(shù)138 等)獲得或接收。在914插值算法由插值引擎(interpolation engine) 130 (圖5)應(yīng)用于 計(jì)算的比率和表面溫度。在916，提供氣體的溫度。在圖5中描繪用于根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例測(cè)量溫度的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)100。計(jì)算機(jī)系統(tǒng) 100提供在計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)設(shè)施102中。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)100意在代表能夠?qū)嵤┍景l(fā)明講授的任何 類型的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。例如，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)100可以是膝上型計(jì)算機(jī)、臺(tái)式電計(jì)算機(jī)、工作站、手 持裝置、服務(wù)器、計(jì)算機(jī)集群等。另外，如本文將進(jìn)一步描述的，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)100可以由服務(wù) 供應(yīng)商(其提供用于根據(jù)本發(fā)明的方面測(cè)量溫度的服務(wù))運(yùn)用和/或操作。應(yīng)該意識(shí)到用 戶104可以直接訪問計(jì)算機(jī)系統(tǒng)100，或可以在網(wǎng)絡(luò)106(例如，互聯(lián)網(wǎng)、廣域網(wǎng)(WAN)、局域 網(wǎng)(LAND)、虛擬專用網(wǎng)(VPN)等)上操作與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)100通信的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。在后者的 情況下，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)100和用戶操作的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)之間的通信可以通過各種類型通信鏈路的任何組合發(fā)生。例如，通信鏈路可以包括可尋址連接，其可以利用有線和/或無線傳輸方 法的任何組合。在通信通過互聯(lián)網(wǎng)發(fā)生的地方，連接可以通過基于常規(guī)TCP/IP套接字的協(xié) 議提供，并且互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)供應(yīng)商可以用于建立到互聯(lián)網(wǎng)的連接。示出包括處理單元108、存儲(chǔ)器110、總線112和輸入/輸出(I/O)接口 114的計(jì)算 機(jī)系統(tǒng)100。此外，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)100示出與外部裝置/資源116和一個(gè)或多個(gè)存儲(chǔ)系統(tǒng)118 通信。一般，處理單元108執(zhí)行計(jì)算機(jī)程序代碼，例如算法引擎130，其存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器110和 /或系統(tǒng)118中。當(dāng)執(zhí)行計(jì)算機(jī)程序代碼時(shí)，處理單元108可以從存儲(chǔ)器110、存儲(chǔ)系統(tǒng)118 和/或I/O接口 114讀取數(shù)據(jù)或?qū)⑵鋵懭搿？偩€112提供計(jì)算機(jī)系統(tǒng)110中的部件的每個(gè) 之間的通信鏈路。外部裝置/資源116可包括使用戶能夠與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)110互動(dòng)的任何裝 置(例如，鍵盤、指點(diǎn)裝置、顯示器(例如，顯示器120、打印機(jī)等)和/或使計(jì)算機(jī)系統(tǒng)100 能夠與一個(gè)或多個(gè)其他計(jì)算裝置通信的任何裝置(例如，網(wǎng)卡、調(diào)制解調(diào)器等)。計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)設(shè)施102僅是可用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的各種類型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)設(shè)施的說明。 例如，在一個(gè)實(shí)施例中，計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)設(shè)施102可以包括在網(wǎng)絡(luò)(例如，網(wǎng)絡(luò)106)上通信以執(zhí) 行本發(fā)明的各種處理步驟的兩個(gè)或多個(gè)計(jì)算裝置(服務(wù)器集群)。此外，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)100 僅是可以在本發(fā)明的實(shí)踐中使用的許多類型的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的代表，其中每個(gè)可以包括硬件 /軟件的許多組合。例如，處理單元108可以包括單個(gè)處理單元，或可以跨一個(gè)或多個(gè)位置 中的一個(gè)或多個(gè)處理單元分布，例如在客戶端和服務(wù)器上。相似地，存儲(chǔ)器110和/或存儲(chǔ) 系統(tǒng)118可以包括位于一個(gè)或多個(gè)物理位置的各種類型數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和/或傳輸介質(zhì)的任意組 合。此外，I/O接口 114可以包括用于與一個(gè)或多個(gè)外部裝置/資源116交換信息的任何 系統(tǒng)。再另外，應(yīng)該理解，沒有在圖5中示出的一個(gè)或多個(gè)附加部件(例如，系統(tǒng)軟件、通信 系統(tǒng)、高速緩沖存儲(chǔ)器等)可以包括在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)100中。然而，如果計(jì)算機(jī)系統(tǒng)100包括 手持裝置或類似物，應(yīng)該理解，一個(gè)或多個(gè)外部裝置/資源116 (例如，顯示器120)和/或 一個(gè)或多個(gè)存儲(chǔ)系統(tǒng)118可以包含在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)100內(nèi)，并且不是如示出的那樣在外部。存儲(chǔ)系統(tǒng)118可以是在本發(fā)明下能夠提供信息存儲(chǔ)的任何類型系統(tǒng)(例如，數(shù)據(jù) 庫(kù))。這樣的信息可以包括例如光譜參數(shù)138等。光譜參數(shù)138可包括例如以前計(jì)算的和 /或以前獲得的物體90的表面的至少一個(gè)溫度；壓強(qiáng)、氣體成分、吸收氣體百分比等。至此， 存儲(chǔ)系統(tǒng)118可以包括一個(gè)或多個(gè)存儲(chǔ)裝置，例如磁盤驅(qū)動(dòng)器或光盤驅(qū)動(dòng)器。在另一個(gè)實(shí) 施例中，存儲(chǔ)系統(tǒng)118可以包括跨例如局域網(wǎng)(LAN)、廣域網(wǎng)(WAN)或存儲(chǔ)域網(wǎng)(SAN)(沒有 示出)分布的數(shù)據(jù)。此外，盡管沒有示出，由用戶104操作的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可包含與上文關(guān)于 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)100描述的那些相似的計(jì)算機(jī)化部件。在存儲(chǔ)器110中示出的(例如，作為計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品)是用于根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施 例提供溫度的算法引擎130。該算法引擎130可例如提供氣體80 (參見例如圖1)和/或物 體90的表面(參見例如圖1)的溫度。本發(fā)明可以作為商業(yè)方法在預(yù)訂或費(fèi)用基礎(chǔ)上提供。例如，本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè) 部件可以由向客戶提供本文描述的功能的服務(wù)提供商創(chuàng)建、維護(hù)、支持和/或運(yùn)用。即，服 務(wù)提供商可以用于提供用于如上文描述的測(cè)量溫度的服務(wù)。還應(yīng)該理解本發(fā)明可以采用硬件、軟件、傳播的信號(hào)或其的任何組合實(shí)現(xiàn)。任何種 類的計(jì)算機(jī)/服務(wù)商系統(tǒng)(或適用于實(shí)施本文描述的方法的其他設(shè)備)是合適的。硬件和 軟件的典型組合可以包括通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，其具有當(dāng)裝載并且執(zhí)行時(shí)實(shí)施本文描述的相應(yīng)方法的計(jì)算機(jī)程序。備選地，可以利用專用計(jì)算機(jī)，其包含用于實(shí)施本發(fā)明的功能任務(wù)中的 一個(gè)或多個(gè)的專用硬件。本發(fā)明還可以嵌入計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品或傳播信號(hào)中，其包括使實(shí)現(xiàn) 本文描述的方法成為可能的所有相應(yīng)特征，并且其(當(dāng)載入計(jì)算機(jī)系統(tǒng)時(shí))能夠?qū)嵤┻@些 方法。本發(fā)明可以采用整個(gè)硬件實(shí)施例、整個(gè)軟件實(shí)施例或包含硬件和軟件單元兩者的 實(shí)施例的形式。在實(shí)施例中，本發(fā)明采用軟件實(shí)現(xiàn)，其包括但不限于固件、常駐軟件、微代碼等。本發(fā)明可以采用可從計(jì)算機(jī)可用或計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)(提供用于由計(jì)算機(jī)或任何 指令執(zhí)行系統(tǒng)使用或連同其一起使用的程序代碼)訪問的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品的形式。為了該 說明的目的，計(jì)算機(jī)可用或計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)可以是可以包含、存儲(chǔ)、傳送、傳播或輸送用于 由指令執(zhí)行系統(tǒng)、設(shè)備或裝置使用或連同其一起使用的程序的任何設(shè)備。介質(zhì)可以為電子、磁性、光學(xué)、電磁、紅外或半導(dǎo)體系統(tǒng)(或設(shè)備或裝置)或傳播 介質(zhì)。計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)的示例包括半導(dǎo)體或固態(tài)存儲(chǔ)器、磁帶、可抽取計(jì)算機(jī)軟盤、隨機(jī)存 取存儲(chǔ)器(RAM)、只讀存儲(chǔ)器(ROM)、硬磁盤和光盤。光盤的當(dāng)前示例包括壓縮盤-只讀盤 (CD-ROM)、壓縮盤-讀/寫盤(CD-R/W)和數(shù)字多功能盤(DVD)。在本上下文中的計(jì)算機(jī)程序、傳播信號(hào)、軟件程序、程序或軟件意思是指令集的采 用任何語言、代碼或符號(hào)的任何表達(dá)，該指令集意在使具有信息處理能力的系統(tǒng)直接或在 下列中任一個(gè)或兩者后執(zhí)行特定功能(a)轉(zhuǎn)換到另一個(gè)語言、代碼或符號(hào)；和/或(b)采 用不同的材料形式再現(xiàn)。因此，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，熱測(cè)量系統(tǒng)包括光收集裝置；與該光收集裝置通 信的檢測(cè)系統(tǒng)，該檢測(cè)系統(tǒng)包括第一檢測(cè)子系統(tǒng)和第二檢測(cè)子系統(tǒng)，其中該第一檢測(cè)子系 統(tǒng)配置成檢測(cè)來自物體表面的光，另外其中該第二檢測(cè)子系統(tǒng)配置成檢測(cè)來自表面和氣體 的光。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，熱測(cè)量系統(tǒng)包括光收集裝置；和與該光收集裝置通信 的檢測(cè)系統(tǒng)，其中該檢測(cè)系統(tǒng)配置成檢測(cè)來自氣體的光強(qiáng)度。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，直接測(cè)量溫度的方法包括收集來自物體的表面通過氣 體的光；接收和測(cè)量物體的表面的溫度中之一；并且基于收集的光和物體表面的溫度測(cè)量 該氣體的溫度。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，直接測(cè)量溫度的方法包括收集來自氣體的光；并且基 于收集的光測(cè)量該氣體的溫度。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)上用于測(cè)量溫 度，該計(jì)算可讀介質(zhì)包括用于執(zhí)行下列步驟的程序代碼收集來自物體的表面通過氣體的 光；接收和測(cè)量物體的表面的溫度中之一；并且基于該光和溫度測(cè)量該氣體的溫度。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，運(yùn)用測(cè)量溫度的應(yīng)用的方法包括提供計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)設(shè) 施，其可操作以收集來自物體的表面通過氣體的光；接收和測(cè)量物體的表面的溫度中之 一；并且基于該光和溫度測(cè)量該氣體的溫度。本發(fā)明已經(jīng)從優(yōu)選實(shí)施例方面描述，并且認(rèn)識(shí)到除那些明確陳述的之外的等同、 備選和修改是可能的，并且在附上的權(quán)利要求的范圍內(nèi)。部件列表
權(quán)利要求
1.一種熱測(cè)量系統(tǒng)(10)包括光收集裝置0 ；以及與所述光收集裝置0 通信的檢測(cè)系統(tǒng)(40、140、240、340)，其中所述檢測(cè)系統(tǒng)00、 140,240,340)配置成檢測(cè)來自氣體(80)的光(94)強(qiáng)度。
2.如權(quán)利要求1所述的熱測(cè)量系統(tǒng)(10)，其中所述熱測(cè)量系統(tǒng)(10)進(jìn)一步配置成測(cè) 量所述氣體(80)的溫度。
3.如權(quán)利要求1所述的熱測(cè)量系統(tǒng)(10)，其中所述檢測(cè)系統(tǒng)G0、140、M0、340)配置 成檢測(cè)在其中所述氣體(80)吸收并且發(fā)射光的波長(zhǎng)范圍中的來自所述氣體(80)的光強(qiáng) 度。
4.如權(quán)利要求1所述的熱測(cè)量系統(tǒng)(10)，其中所述氣體(80)的溫度在大約500°F和 大約4000° F之間。
5.如權(quán)利要求1所述的熱測(cè)量系統(tǒng)(10)，其中所述氣體(80)包括C02、H20、碳?xì)浠?物燃料和其組合中之一。
6.如權(quán)利要求1所述的熱測(cè)量系統(tǒng)(10)，其中所述光收集裝置02)配置成收集來自 多個(gè)視線的光。
7.如權(quán)利要求1所述的熱測(cè)量系統(tǒng)(10)，進(jìn)一步包括配置成提供所述光收集裝置02) 和所述檢測(cè)系統(tǒng)G0、140、M0、340)之間的光傳輸?shù)慕M件，所述組件包括棱鏡、透鏡、反射 鏡、光纖電纜G4)和其組合中的至少一個(gè)。
8.如權(quán)利要求1所述的熱測(cè)量系統(tǒng)(10)，其中檢測(cè)的光(94)的波長(zhǎng)在大約0.5μ m和 大約10 μ m之間。
9.如權(quán)利要求1所述的熱測(cè)量系統(tǒng)(10)，其中所述檢測(cè)系統(tǒng)G0、140、M0、340)進(jìn)一 步包括下列中之一與所述檢測(cè)系統(tǒng)^)、140、M0、340)通信的解復(fù)用器G2)；以及與所述檢測(cè)系統(tǒng)^)、140、M0、340)通信的光分離器(46)，其中所述檢測(cè)系統(tǒng)^)、 140,240,340)進(jìn)一步包括分色鏡或帶通濾波器。
10.如權(quán)利要求1所述的熱測(cè)量系統(tǒng)(10)，其中所述檢測(cè)系統(tǒng)G0、140、M0、340)包括 多個(gè)檢測(cè)器、線性陣列、拍攝裝置和其組合中之一。
全文摘要
一種熱測(cè)量系統(tǒng)(10)包括光收集裝置(22)；和與該光收集裝置(22)通信的檢測(cè)系統(tǒng)(40、140、240、340)。該檢測(cè)系統(tǒng)(40、140、240、340)配置成檢測(cè)來自氣體(80)的光(94)強(qiáng)度。本發(fā)明已經(jīng)從特定實(shí)施例方面描述，并且認(rèn)識(shí)到除那些明確陳述的之外的等同、備選和修改是可能的，并且在附上的權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
文檔編號(hào)G01J5/58GK102121850SQ20101058675
公開日2011年7月13日 申請(qǐng)日期2010年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月30日
發(fā)明者A·王, E·R·富爾龍, G·王, H·李, N·V·尼爾馬蘭, R·G·布朗, S·T·沃爾斯, S·達(dá)斯古普塔 申請(qǐng)人:通用電氣公司