專利名稱：采用長波長通濾波器的用于火焰辨別的設(shè)備及相關(guān)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般地涉及一種用于光學(xué)探測火焰的設(shè)備。
背景技術(shù)：
重要的是光學(xué)火焰探測器能夠以盡可能可靠的方式探測各種類型的火焰的存在。這就要求火焰探測器在火焰與其他紅外輻射源之間進(jìn)行辨別。通常，在約4. 3 μ m的窄光譜的紅外部分，即在碳?xì)浒l(fā)射峰值，進(jìn)行光學(xué)火焰探測。 光學(xué)火焰探測器通常通過分析由火焰發(fā)射的光譜部分和/或分析該火焰的瞬間閃爍進(jìn)行工作。通常，位于中波紅外(MWIR)光譜( 3μπι至5μπι)內(nèi)的火焰的光譜特性含有幾個不容易由錯誤告警源復(fù)制的關(guān)鍵特征。從約180nm至290nm的UV-C波段也含有唯一光譜信息，該唯一光譜信息當(dāng)與MWIR組合時有助于根據(jù)其光譜特性辨別火焰。在現(xiàn)有技術(shù)中，簡單的火焰探測器采用單一傳感器，并且每當(dāng)該探測器感測的信號超過特定閾值水平時，提供告警。這種簡單方案因?yàn)椴荒茉诨鹧媾c諸如白熾燈泡的其他亮物體、諸如焊接的熱工業(yè)處理、在探測器前揮動的熱手、點(diǎn)燃的香煙以及甚至太陽光之間進(jìn)行辨別而遭受錯誤觸發(fā)。已經(jīng)試圖通過感測在兩個或更多波長上的輻射來克服該問題。與僅在單一波長進(jìn)行感測相比，將在每個波長感測的信號的相對強(qiáng)度進(jìn)行比較更能辨別錯誤光源。光學(xué)火焰探測的現(xiàn)有技術(shù)采用幾個帶通濾波器，這些帶通濾波器被策略性地選擇用于提供良好測量的辨別。通常采用的通濾波器具有良好限定的下限的50%峰值透射的“下截止(cuton) ”波長和上限的50%峰值透射的“截止”波長。此外，該帶通濾波器具有位于中心波長的1%和13%之間的全寬的半最大(FWHM)帶寬。通濾波器的通帶、中心波長和數(shù)量是系統(tǒng)工程師的有價值工具；適當(dāng)選擇可以提供良好的防止錯誤告警。例如，授予King等人的美國專利No. 5995008披露了一種采用至少兩個傳感器的光學(xué)火焰探測器設(shè)備，該至少兩個傳感器被配置了響應(yīng)于重疊光譜帶的帶通濾波器。一個帶通濾波器的中心在4.5 μ m、帶寬約為O. 15 μ m,以保證CO2的采樣，而另一個帶通濾波器被配置了約O. 35 μ m的通帶，并且其中心使兩個濾波器的上或下濾波器響應(yīng)邊界波長大致重合。根據(jù)King等人，可以附加第三濾波器用于采樣光譜的其他部分。的確，如果資源足夠，從理論上說可以設(shè)計(jì)會提供100%防止所有可想得到的錯誤告警。然而，實(shí)際上，系統(tǒng)工程師受到在特定成本約束下選擇可以合理實(shí)現(xiàn)的濾波器的數(shù)量的限制。附加濾波器迅速提高了傳感器的成本，因?yàn)槊總€濾波器本身是有成本的物品，需要另一個通常比該濾波器昂貴的傳感器以及諸如另一個前置放大器、另一個模數(shù)轉(zhuǎn)換器通道這樣的低成本物品，以及更多的處理功率。此外，所選帶寬越窄，帶通濾波器通常越昂貴。較低的帶寬提供增強(qiáng)的火焰辨別性，然而，提高了探測器的成本。最后，帶寬越窄，與傳感器相關(guān)的靈敏度越必須變得越高，以對到達(dá)傳感器的少量光子，提供足夠的信噪比。如果傳感器成本對光學(xué)火焰探測方法構(gòu)成實(shí)際限制，則帶通濾波器產(chǎn)生比它解決的問題還多的問題。一些系統(tǒng)工程師試圖利用諸如鉭酸鋰(LiTaO3)的熱電探測器來減低對系統(tǒng)附加更多帶通濾波器的一些成本。熱電探測器是比諸如硒化鉛(PbSe)的其他MWIR探測器的成本低的解決方案，而肯定不比諸如砷化銦(InAs)、鉛化銦(InSb)、碲鎘汞(MCT)、或者碲鋅鎘汞(MCZT)的更特殊的探測器材料更昂貴。然而，當(dāng)考慮到要求耐久的探測器的應(yīng)用時，熱電探測器存在固有缺陷。即，呈現(xiàn)熱電效應(yīng)的任何晶體還必然在某種程度上呈現(xiàn)壓電效應(yīng)。換句話說，熱電探測器對聲音和振動以及電磁輻射敏感，并且輸出與這些激勵成比例的響應(yīng)。當(dāng)考慮到預(yù)期諸如航空器、陸上/海上交通工具、工業(yè)操作、工廠等中的噪聲和/或者振動環(huán)境是重要的應(yīng)用時，這是非常不希望的
發(fā)明內(nèi)容

本公開涉及一種被配置了多個光學(xué)傳感器的火焰探測設(shè)備，每個光學(xué)傳感器具有 長波紅外通(LWP)濾波器，每個長波紅外通濾波器都是響應(yīng)于該光譜的IR部分內(nèi)的波長范圍，其中一個LWP濾波器在約4. 17 μ m的波長至少有50%的響應(yīng)。所使用的另一個LWP濾波器被設(shè)計(jì)成在互相不同的波長至少有50%的響應(yīng)，但是至少使一個濾波器的響應(yīng)光譜是另一個的子集。本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員根據(jù)下面參考附圖對實(shí)施例所做的詳細(xì)描述，本發(fā)明的這些以及其他實(shí)施例是顯而易見的，本發(fā)明并不局限于所公開的任何特定實(shí)施例。


參考附圖描述本發(fā)明。在附圖中，同樣的參考編號指相同或者功能類似的單元。圖I是示出烴火焰的光譜特性的曲線圖；圖2是采用長波通濾波器的典型火焰探測設(shè)備的功能圖；圖3示出根據(jù)一個實(shí)施例的選擇并排列的LWP濾波器的光譜響應(yīng)；圖4是圖I的烴火焰的光譜特性曲線重疊在圖3的光譜響應(yīng)曲線上的曲線圖；圖5是示出藍(lán)寶石玻璃的光譜透射特性的曲線圖；以及圖6是示出與圖5的曲線圖重疊的不同組濾波器的光譜響應(yīng)曲線的曲線圖。
具體實(shí)施例參考附圖中的圖I至圖6最好理解本發(fā)明的各種實(shí)施例和它們的優(yōu)點(diǎn)。附圖中的單元不一定按比例示出，而是強(qiáng)調(diào)清楚地說明本發(fā)明原理。在所有附圖中，相同的編號用于各附圖中的相同的和對應(yīng)的部分。本發(fā)明可以以其他特定方式和實(shí)施例被提供，而不脫離在此描述的實(shí)質(zhì)特征。全面地講，上面描述的實(shí)施例可以認(rèn)為僅是說明性的，而在任何方面都沒有限制性意義。不是由后面的描述，而是由下面的權(quán)利要求書指出本發(fā)明的范圍。眾所周知，烴火焰常常呈現(xiàn)峰值在約4. 3 μ m至約4. 5 μ m之間的IR光譜特性，其實(shí)際峰值位置取決于到火焰的距離以及火焰溫度和允許與燃料混合的氧量。參考圖1，圖I是觀察到的烴火焰的IR光譜特性的曲線圖。示出了兩條曲線。第一條曲線表示從“藍(lán)火焰”收到的IR能量，并且，示出在約4.3 μ m(21)和在約2. 7_2. 8微米(11)的兩個主峰。第二條曲線示出從“臟火焰”(氧混合量最少)收到的IR能量，峰值的出現(xiàn)基本上分別與藍(lán)火焰相同，即接近相同的波長22、12。記住該光譜，圖2所示的功能原理圖示出典型的火焰探測設(shè)備100，它包含多個光學(xué)傳感器101、103、105。所有傳感器101、103、105均被連接到模數(shù)轉(zhuǎn)換器，S卩，ADC 121, ADC121進(jìn)一步被連接到處理器131，用于根據(jù)存儲在處理器131可以訪問的計(jì)算機(jī)可讀媒體上的計(jì)算機(jī)程序執(zhí)行的探測算法進(jìn)行處理。處理器131負(fù)責(zé)輸入/輸出裝置141，該輸入/輸出裝置141可以包括小鍵盤、顯示器、諸如一個或者多個揚(yáng)聲器的聽覺指示器、以及諸如發(fā)光二極管等等的可視指示器等。還可以包含溫度傳感器161，用于指示用于校準(zhǔn)目的的周圍溫度值。傳感器101、103和105可以被配置有用于增強(qiáng)信號強(qiáng)度的專用放大器，和透明防護(hù)蓋片151。
光學(xué)傳感器101、103、105每個包含被設(shè)計(jì)成僅響應(yīng)于預(yù)定波長以上的長波通(LffP)濾波器111、113、115。例如，該該實(shí)施例中的第一濾波器111可以被配置為至少以50%的輸出響應(yīng)于約2. 55 μ m和更長的波長,沒有長波截止波長。第二濾波器113被配置為至少以50%的輸出響應(yīng)于約3. 5 μ m和更長的波長，也沒有長波截止波長。第三光學(xué)傳感器105包含第三濾波器115，第三濾波器115被配置為至少以50%響應(yīng)于約4. 17 μ m以上的波長，沒有長波截止波長。圖3提供LWP濾波器的典型組合的總光譜響應(yīng)的曲線圖。如曲線圖所示，第三濾波器115被配置為具有是第二濾波器113的光譜響應(yīng)203的子集的光譜響應(yīng)205。同樣，第二濾波器的響應(yīng)203是第一濾波器111的光譜響應(yīng)201的子集。由于少量應(yīng)用把昂貴、相對精密的紅外濾波器暴露于環(huán)境中，所以提供容易清潔的防護(hù)蓋片151。本發(fā)明的特征在于利用該蓋片151提供紅外濾波器的通常截止波長。截止波長的提供可以是通過蓋片材料的固有屬性，或者可以是通過對蓋片的內(nèi)部涂布涂層的形式，或者是這二者的結(jié)合。對于在此描述的這種應(yīng)用，適當(dāng)蓋片151可以是硬質(zhì)的、耐久并且防刮傷的。透明藍(lán)寶石玻璃是探測器的良好材料選擇，因?yàn)樗峁┕逃械?0%的6 μ m以上的截止波長，如在圖5中的藍(lán)寶石玻璃透射率特性曲線圖中可以看到的。此外，藍(lán)寶石玻璃是化學(xué)上惰性的，而在機(jī)械方面是完好的。因此，避免了另一種紅外涂層的花費(fèi)。因此，為了辨別來自各種錯誤告警源的火焰，火焰探測器采用幾個LWP濾波器，這些LWP濾波器被排列，使響應(yīng)于較長波長113/115的濾波器的光譜響應(yīng)是響應(yīng)于較短波長111的濾波器的光譜響應(yīng)的子集，防護(hù)蓋片提供截止波長，并且是不同的規(guī)定的響應(yīng)的短波長。該方案的一些優(yōu)點(diǎn)在于，光學(xué)傳感器具有用于感測的非常大通量，并且IF光譜的較大部分能夠被采樣。選擇下截止波長，以便提供最高程度的可能辨別。實(shí)際上，這要求一個濾波器，即打算感測來自烴火焰的4. 3μπι峰值的濾波器(在該例子中是第三濾波器115)的下截止波長，被規(guī)定具有緊密容差，以獲得最佳性能。如果該濾波器的下截止波長對較短波長被移位太遠(yuǎn)，則在競爭的錯誤告警源中，CO2波長個性消失，并且遭受來自錯誤告警的辨另O。如果該濾波器的下截止波長對較長的波長被移位太遠(yuǎn)，CO2峰值的能量在兩個濾波器之間被分離，并且也遭受辨別。剩余LWP濾波器的下截止波長需要已知，但是允許非常松的容限，因此，進(jìn)一步降低了傳感器的成本。
使用LWP濾波器和在形式上可能是防護(hù)蓋片的分離的截止濾波器而非帶通濾波器提供超過先前解決方案的非常大的優(yōu)點(diǎn)。首先，探測器的整體成本可以是較低的，因?yàn)榕c帶通濾波器相比，這些類型的濾波器需要在濾波器基底上淀積較少的薄膜層。其次，光學(xué)系統(tǒng)通常缺少光，因此，系統(tǒng)設(shè)計(jì)者必須或者恢復(fù)由稀有材料制成的光學(xué)傳感器，或者接受火焰探測器范圍上的限制。然而，LWP濾波器允許更多的光通過，以便到達(dá)光學(xué)傳感器，因此，提高了特定光學(xué)傳感器的信噪比，或者可能允許采用較不昂貴的光學(xué)傳感器。最后，LWP濾波器對因?yàn)槿肷浣堑淖饔靡鸬男阅芷戚^不敏感。例如，與在4μπι的I. 17%帶通濾波器相比，具有4 μ m的下截止波長的濾波器對入射角會呈現(xiàn)較小漂移。在該例子中，在40°的入射角，LWP濾波器會呈現(xiàn)約O. I μ m的漂移，而I. 17%帶通濾波器呈現(xiàn)約O. 23 μ m的漂移。對大入射角的附加性能好處是I. 17%帶通濾波器的峰值透射率被減小幾乎2倍，而LWP濾波器的峰值透射率顯示非常小的可見變化?？傊?，與帶通濾波器相比，使用LWP濾波器的好處是成本、增加的到光學(xué)傳感器的光功率、以及對大入射角的更好的性能。應(yīng)當(dāng)注意，傳感器工作區(qū)域可以由任何適于感測相關(guān)傳感器的透射波長的材料構(gòu)成。在一些例子中，傳感器的光譜響應(yīng)曲線會自然地提供截止波長；當(dāng)與LWP濾波器結(jié)合使 用時，總功能就是非常寬的帶通濾波器，即大致5 μ m的濾波器的功能。在其他情況下，當(dāng)比較成本、尺寸、靈敏度、操作溫度范圍等時，傳感器的光譜截止最不受關(guān)注，而該傳感器的有效截止波長位于20 μ m至50 μ m的范圍內(nèi)。在這種情況下，防護(hù)蓋片甚或LWP濾波器本身的基底材料的光譜透射很可能提供更短波長的截止波長。設(shè)備100按照由相應(yīng)的LWP濾波器111、113、115透射的波長接收通過傳感器101、103、105的IR能量。來自傳感器101、103、105的任何信號都被用于轉(zhuǎn)換模擬信號并且輸出數(shù)字信號102的ADC121接收，該數(shù)字信號102被處理器131接收。處理器131執(zhí)行用于按照探測算法分析數(shù)字信號102的程序。處理器131從ADC讀取輸入電壓102、需要時則根據(jù)校準(zhǔn)應(yīng)用校正系數(shù)、以及計(jì)算兩個比率。請注意，僅在具有最大有效通帶的檢測器(第一檢測器)是在特定閾值以上時，比率才被計(jì)算。第一比率是第二傳感器103的電壓信號除以第一傳感器101的電壓信號，而第二比率是第三傳感器107的電壓信號除以第二傳感器105的電壓信號。第三比率可以是第三傳感器107的電壓信號除以第一傳感器101的電壓信號，它也可以被直接計(jì)算，但數(shù)學(xué)上很繁瑣。將兩個總比率值與閾值進(jìn)行比較，并且如果滿足該閾值，則處理器131對I/O 141發(fā)出命令信號104，以啟動告警。利用這些例子的說明，探測算法包含用于比較閾值的典型值，并且如果第一比率是在約O. 40與約O. 85之間、第二比率是大于或者等于O. 85，則發(fā)出命令以啟動告警。在由圖3的曲線圖所表示的濾波器的典型配置中，第一濾波器111 (短波長)可以有在約2. 3 μ m至約2. 8 μ m之間任意處的50%下截止波長。第二濾波器113可以具有在約3. 2μπι至約3. 8μπι之間的50%下截止波長。然而，因?yàn)榈谌秊V波器115包含烴火焰的峰值透射波長(4. 3 μ m)，所以50%下截止波長應(yīng)當(dāng)在4. 17 μ m的約I %內(nèi)。應(yīng)當(dāng)明白，探測算法閾值可能需要被調(diào)節(jié)，以適應(yīng)所選的濾波器下截止波長。圖4簡單并列LWP的光譜響應(yīng)曲線與烴火焰的光譜特性以便示出上述探測器設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)的波長方面的覆蓋。所描述的實(shí)施例包含三個探測器及其相關(guān)濾波器，以及計(jì)算兩個數(shù)學(xué)上對應(yīng)的唯一比率的算法。然而，配置了波長LWP濾波器117的附加傳感器(圖2 :107)會提供防止錯誤告警的附加界限。這些可以被附加在UV、可視或者光譜的IR部分的各個其他部分中，以辨別火焰的其他光譜特征。這不排除在MWIR中附加波長LWP濾波器117，這是一個定位波長LWP濾波器117使火焰光譜的顯著光譜特征被傳感器107采樣從而辨別這些特征的簡單事情。例如，在2. 7 μ m、I. 9 μ m甚至I. 4 μ m的水發(fā)射波段可以是唯一火焰特性的一部分。圍繞這些波長定位附加濾波器比在光譜上不感興趣的區(qū)域定位它們會是更有利的，該光譜上不感興趣的區(qū)域的光譜很類似于黑體的光譜。黑體或者灰體、發(fā)射體是許多錯誤告警的源。相反，盡管能夠采用兩個波長LWP濾波器，但是錯誤告警的次數(shù)會過高。因此，如果上面描述的方案僅被使用兩個傳感器，則唯一第三傳感器必須幫助防止錯誤告警。該唯一第三傳感器與在UV波段工作的并且因?yàn)樘綔y器的物理性質(zhì)而具有光譜有限探測過程的Geiger-Mueller探測器有些類似。GM探測器的這種探測過程是有用的，因?yàn)檫@樣可以使探測器對太陽波長是盲區(qū)。此外，探測算法還可以計(jì)算被稱為“光譜通量比率”的另一組比率、用于確定是否利用傳感器的有效帶寬，即，利用從濾波器下截止波長到傳感器有效截止波長的帶寬，以啟 動告警。該方法要求從每個LWP濾波器計(jì)算的對防護(hù)蓋片提供的公共截止波長的有效帶寬在計(jì)算比率之前被用于歸一化來自每個傳感器的每個電壓。這樣，來自具有相對小有效帶寬的傳感器/濾波器組合的大電壓電平將產(chǎn)生以伏特每μm測量的相對大的光譜通量。相反，來自具有相對大有效帶寬的傳感器/濾波器組合的相對小信號將產(chǎn)生相對小的光譜通量。該方法僅試圖根據(jù)來自該LWP濾波器及蓋片截止的相關(guān)帶寬計(jì)算來自每個傳感器的信號。例如，第三比率是作為來自第一傳感器的電壓除以第一傳感器的帶寬而被計(jì)算的。同樣，第四和第五比率分別是第二傳感器電壓除以第二傳感器帶寬和第三傳感器電壓除以第三傳感器帶寬。理想地，處理器應(yīng)當(dāng)包含用于計(jì)算所有比率和與適當(dāng)閾值相比較的邏輯器件。應(yīng)當(dāng)明白，可以選擇濾波器以響應(yīng)于與上面建議的那些波長不同的波長。圖6利用曲線圖示出濾波器的變型組合的光譜響應(yīng)曲線，其中例如較短波長濾波器111的光譜響應(yīng)611在約3.93 μ m以上可以是50%響應(yīng)或更大。第二濾波器113的光譜響應(yīng)613在約4. 17 μ m以上可以是50%響應(yīng)或更大，而第三濾波器的光譜響應(yīng)615在約4. 96 μ m以上可以是50 %響應(yīng)或更大。此外，藍(lán)寶石防護(hù)玻璃的光譜透射率響應(yīng)被包含在該曲線圖中，用于說明LWP濾波器111、113、115與防護(hù)蓋片151的組合有效實(shí)現(xiàn)了具有在約6 μ m以上的截止的帶通濾波，而沒有帶通濾波器的相關(guān)成本。在采用3個濾波器的實(shí)施例中，可以選擇第一濾波器111的下截止波長，使它在唯一光譜特征的約-25%峰值波長范圍內(nèi)，該唯一光譜特征希望被探測，使所選波長小于第二濾波器113的下截止波長。例如，在希望探測烴火焰的應(yīng)用中，該峰值位置是約4. 25 μ m。熟悉本公開的相關(guān)技術(shù)的技術(shù)人員還可以認(rèn)識到峰值波長取決于從火焰到傳感器的距離以及某些大氣成分的濃度。因此，當(dāng)選擇濾波器規(guī)格時，應(yīng)當(dāng)考慮到這些因素。第二濾波器113的下截止波長應(yīng)當(dāng)這樣被選擇，使它位于非常靠近唯一光譜峰值處，例如，在預(yù)定峰值波長的約+/-10%內(nèi)。第三濾波器115的下截止波長應(yīng)當(dāng)在唯一光譜特征的峰值波長的約+25%內(nèi)，以致使所選波長大于第二濾波器113的下截止波長。對于使用防護(hù)蓋片151的實(shí)施例，蓋片材料應(yīng)當(dāng)被選擇，以便使截止頻率大于第三濾波器115的下截止波長，從而對所使用的探測器提供足夠的信噪比。例如，在上面描述的典型實(shí)施例中，截止波長應(yīng)當(dāng)在第三濾波器115的下截止波長的+25%以上的范圍內(nèi)。對于呈現(xiàn)大探測能力(D*)的探測器材料，這可以是非常小的，甚至小至0%，因?yàn)榛鶞?zhǔn)是截止波長和下截止波長兩者的50%的點(diǎn)。另一方面，大氣可以起截止濾波器的作用，因?yàn)?μπι與8 μ m之間的透射隨著火焰與傳感器之間的距離的增加而顯著減小。因此，在例如距離可能的火焰源大于5米的位置布置探測器的這些例子中，用作截止濾波器的防護(hù)蓋片可以是不需要的?？梢杂涩F(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)、微控制器、具有存儲器的中央處理單元(CPU)或者其他邏輯器件，實(shí)現(xiàn)處理器131。實(shí)際上的處理器包括計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。這種計(jì)算機(jī)系統(tǒng)包含例如連接到通信總線的一個或者多個處理器。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)還可以包含主存儲器，優(yōu)選地是隨機(jī)存取存儲器(RAM)，并且還可以包含輔助非易失性存儲器。輔助存儲器可以包含例如硬盤驅(qū)動器和/或可移動存儲驅(qū)動器?？梢苿哟鎯︱?qū)動器以公知方式對可移動存儲單元讀和/或者寫。可移動存儲單元有盤、磁帶、光盤等，它們可以由可移動存儲驅(qū)動器讀和寫?？梢苿哟鎯卧渲写鎯α擞?jì)算機(jī)軟件和/或數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)可用存儲媒體。 輔助存儲器可以包含用于使計(jì)算機(jī)程序或者其他指令裝載到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)的其他類似裝置。這種裝置可以包含例如可移動存儲單元和接口。這種例子可以包含程序盒式存儲器和盒式存儲器接口(諸如，視頻游戲裝置中那樣的)、可移動存儲芯片(諸如EPROM或者PR0M)和相關(guān)插槽以及允許將軟件和數(shù)據(jù)從可移動存儲單元傳送到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的其他可移動存儲單兀和接口。計(jì)算機(jī)程序(還被稱為計(jì)算機(jī)控制邏輯)存儲在主存儲器和/或者輔助存儲器內(nèi)。還可以通過通信接口接收計(jì)算機(jī)程序。這種計(jì)算機(jī)程序當(dāng)被執(zhí)行時使計(jì)算機(jī)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)在此討論的本發(fā)明的某些特征。特別是，計(jì)算機(jī)程序當(dāng)被執(zhí)行時使控制處理器執(zhí)行和/或者實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的特征的性能。因此，這種計(jì)算機(jī)程序代表設(shè)備的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的控制器。在利用軟件實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的實(shí)施例中，可以利用可移動存儲驅(qū)動器、存儲芯片或者通信接口，將軟件存儲在計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品中和下載到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中。控制邏輯(軟件)當(dāng)被控制處理器執(zhí)行時使控制處理器執(zhí)行在此描述的本發(fā)明的某些功能。在另一個實(shí)施例中，上面描述的探測設(shè)備的特征主要利用例如像專用集成電路(ASIC)或者現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)的這樣的硬件部件以硬件方式實(shí)現(xiàn)。為了執(zhí)行在此描述的功能實(shí)現(xiàn)的硬件狀態(tài)機(jī)對于相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員是顯而易見的。在又一個實(shí)施例中，火焰探測設(shè)備的特征可以按照上面描述的原理利用硬件和軟件的組合實(shí)現(xiàn)。如上面描述的和相關(guān)附圖所示的，本發(fā)明包括采用LWP IR濾波器的用于火焰探測的設(shè)備。盡管已經(jīng)描述了本發(fā)明的特定實(shí)施例，但是應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明并不局限于此，因?yàn)楸炯夹g(shù)領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員尤其是根據(jù)上面的教導(dǎo)可以進(jìn)行修改。因此，應(yīng)當(dāng)明白所附權(quán)利要求書涵蓋任何包括實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的精神和范圍的這些特征或者這些改進(jìn)的任何這種修改。
權(quán)利要求
1.一種火焰探測設(shè)備，包括 第一光學(xué)傳感器，包括具有第一光譜響應(yīng)的第一長波通濾波器； 第二光學(xué)傳感器，包括具有第二光譜響應(yīng)的第二長波通濾波器；和 第三光學(xué)傳感器，包括具有第三光譜響應(yīng)的第三長波通濾波器；并且其中所述第三光譜響應(yīng)是所述第二光譜響應(yīng)的子集，而所述第二光譜響應(yīng)是所述第三光譜響應(yīng)的子集。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的設(shè)備，還包括防護(hù)蓋片。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的設(shè)備，其中所述第一、第二和第三光譜響應(yīng)被規(guī)定在相應(yīng)的第一、第二和第三最小波長，在該最小波長以上，每個所述濾波器至少以50%的透射率響應(yīng)，并且其中所述第一最小波長在約2. 3 μ m與約2. 8 μ m之間，所述第二最小波長在約3.2μπι與約3. 8μπι之間，而所述第三最小波長在4. 17 μ m的約1%內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的設(shè)備，其中所述第一、第二和第三光譜響應(yīng)被規(guī)定在相應(yīng)的第一、第二和第三最小波長，在該最小波長以上，每個所述濾波器至少以50%的透射率響應(yīng)，并且其中所述第一最小波長是約3. 93 μ m,所述第二最小波長是約4. 17 μ m,而所述第三最小波長是約4. 96 μ m。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的設(shè)備，其中所述第一、第二和第三光譜響應(yīng)被規(guī)定在相應(yīng)的第一、第二和第三最小波長，在該最小波長以上，每個所述濾波器至少以50%的透射率響應(yīng)，并且其中所述第一最小波長小于預(yù)定峰值波長僅25 %，所述第二最小波長在所述峰值波長的10%內(nèi)，而所述第三最小波長大于所述峰值波長僅25%。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的設(shè)備，還包括防護(hù)蓋片，所述防護(hù)蓋片具有的光譜透射率使只有低于截止波長的波長的能量被通過。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的設(shè)備，其中所述截止波長大于所述第三最小波長僅25%。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的設(shè)備，還包括基于計(jì)算機(jī)的處理器，用于分析從所述第一、第二和第三傳感器收到的第一、第二和第三信號，并且發(fā)出命令信號，以及響應(yīng)于所述命令信號的輸出。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其中所述基于計(jì)算機(jī)的處理器包含被配置了用于命令所述處理器執(zhí)行探測方法的控制邏輯的計(jì)算機(jī)可讀媒體，所述方法包括步驟 將第一比率與第一閾值進(jìn)行比較，所述第一比率是所述第二信號與所述第一信號的比率；以及 將第二比率與第二閾值進(jìn)行比較，所述第二比率是所述第三信號與所述第二信號的比率。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的設(shè)備，其中所述第一、第二和第三光譜響應(yīng)被規(guī)定在相應(yīng)的第一、第二和第三最小波長，在該最小波長以上，每個所述濾波器至少以50%的透射率響應(yīng)，并且其中所述第一最小波長小于預(yù)定峰值波長僅25 %，所述第二最小波長在所述峰值波長的10%內(nèi)，而所述第三最小波長大于所述峰值波長僅25%。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的設(shè)備，其中所述方法還包括步驟 將第三比率與第三閾值進(jìn)行比較，所述第三比率是所述第一信號的比率與所述第一光譜響應(yīng)的比率； 將第四比率與第四閾值進(jìn)行比較，所述第四比率是所述第二信號與所述第二光譜響應(yīng)的比率；以及將第五比率與第五閾值進(jìn)行比較，所述第五比率是所述第三信號與所述第三光譜響應(yīng)的比率。
12.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中所述基于計(jì)算機(jī)的處理器包含被配置了用于命令所述處理器執(zhí)行探測方法的控制邏輯的計(jì)算機(jī)可讀媒體，所述方法包括步驟 將第一比率與第一閾值進(jìn)行比較，所述第一比率是所述第一信號與所述第一光譜響應(yīng)的比率； 將第二比率與第二閾值進(jìn)行比較，所述第二比率是所述第二信號的比率與所述第二光譜響應(yīng)的比率；以及 將第三比率與第三閾值進(jìn)行比較，所述第三比率是所述第三信號與所述第三光譜響應(yīng)的比率。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的設(shè)備，其中所述第一、第二和第三光譜響應(yīng)被規(guī)定在相應(yīng)的第一、第二和第三最小波長，在該最小波長以上，每個所述濾波器至少以50%的透射率響應(yīng)，并且其中所述第一最小波長小于預(yù)定峰值波長僅25 %，所述第二最小波長在所述峰值波長的10%內(nèi)，而所述第三最小波長大于所述峰值波長僅25%。
14.一種火焰探測器，包括 至少三個傳感器，每個所述傳感器都在約2 y m與8 U m之間的波長具有唯一光譜響應(yīng)，其中所述傳感器之一在約4. 17 的波長以上具有光譜響應(yīng)，并且其中一個傳感器的光譜響應(yīng)包括在其他傳感器的光譜響應(yīng)中。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的火焰探測器，還包括防護(hù)蓋片，所述防護(hù)蓋片具有的光譜透射率使只有低于截止波長的波長的能量被通過。
全文摘要
采用長波長通濾波器的用于火焰辨別的設(shè)備及相關(guān)方法。提供了一種火焰探測設(shè)備，它提供具有改善的錯誤告警辨別的低成本火焰探測，并且它包含至少兩個光學(xué)傳感器，每個光學(xué)傳感器被配置了具有不同最小響應(yīng)波長并且被排列從而廣泛采樣MWIR波段的長波通IR濾波器。
文檔編號G01J5/02GK102803911SQ201080036279
公開日2012年11月28日 申請日期2010年5月20日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月24日
發(fā)明者J·S·哈錢科 申請人:波拉里斯傳感器技術(shù)股份有限公司