本公開涉及獲取高溫爐中的溫度數(shù)據(jù)。特別地，本公開涉及用于獲取高溫爐中的溫度數(shù)據(jù)的熱成像設(shè)備和方法。

背景技術(shù)：

高溫工業(yè)過(guò)程的能量效率是重要的。對(duì)于許多過(guò)程，諸如氫生產(chǎn)，過(guò)程的效率與監(jiān)測(cè)/保持爐中的某些溫度的能力有關(guān)。測(cè)量具有復(fù)雜的幾何構(gòu)造特征的區(qū)域中的溫度可能會(huì)帶來(lái)特別的挑戰(zhàn)。例如，當(dāng)測(cè)量幾何構(gòu)造特征的特定位置處的溫度時(shí)，獲得特征上的特定位置處的測(cè)量的不一致性可導(dǎo)致測(cè)量不一致。通過(guò)容許使用更準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)行過(guò)程控制，更精確地監(jiān)測(cè)特征上的特定位置處的溫度可容許提高能量效率。

本行業(yè)渴望獲取熱圖像來(lái)改進(jìn)爐運(yùn)行和改進(jìn)能量效率。

在現(xiàn)有技術(shù)中，公開了熱成像裝置，其中通過(guò)視口使數(shù)字?jǐn)z像頭瞄準(zhǔn)且“拍攝”高溫爐的內(nèi)部的照片，來(lái)獲得數(shù)字圖像。攝像頭僅僅短時(shí)間暴露于來(lái)自爐的熱輻射，因而避免損傷攝像頭。

本行業(yè)渴望有一種熱成像裝置，它可用來(lái)在延長(zhǎng)時(shí)段里獲取熱圖像，而不必移除熱成像裝置。

本行業(yè)渴望有一種可修改且可置于爐上的各種位置處的熱成像裝置。

本行業(yè)渴望有一種便攜式且自持式熱成像裝置。

而且在現(xiàn)有技術(shù)中是使用水或壓縮空氣來(lái)主動(dòng)冷卻的熱成像裝置。水冷式系統(tǒng)具有需要將水源連接到熱成像系統(tǒng)上的缺點(diǎn)。壓縮空氣冷卻式系統(tǒng)具有需要將壓縮空氣源連接到熱成像系統(tǒng)上的缺點(diǎn)。

本行業(yè)渴望有一種不需要諸如由壓縮冷卻空氣或冷卻水提供的主動(dòng)冷卻的熱成像裝置。

本行業(yè)渴望有一種穩(wěn)定可靠且可經(jīng)受住爐運(yùn)行變化(包括爐壓力變化)的熱成像裝置。

一些現(xiàn)有技術(shù)的熱成像系統(tǒng)還具有需要在爐中制作額外的孔的缺點(diǎn)。

本行業(yè)渴望有一種能夠在不需要在爐中制作額外的孔的情況下，安裝到高溫爐上的熱成像設(shè)備。

本行業(yè)渴望有一種可在最小程度地修改高溫爐的情況下安裝的熱成像裝置。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

在下面概述本發(fā)明的若干方面。在下文中，在下面概述本發(fā)明的具體方面。放在圓括號(hào)中的參考標(biāo)號(hào)和表達(dá)提到了下面參照附圖進(jìn)一步闡明的示例實(shí)施例。但是，參考標(biāo)號(hào)和表達(dá)僅僅是說(shuō)明性的，并且不將方面局限于示例實(shí)施例的任何特定構(gòu)件或特征。方面可制定成權(quán)利要求，其中在合適的時(shí)候省略放在圓括號(hào)中的參考標(biāo)號(hào)和表達(dá)或者用其它代替它們。

方面1.一種用于通過(guò)爐的壁(110)中的開口對(duì)高溫爐的內(nèi)部空間(100)進(jìn)行熱成像的設(shè)備，該設(shè)備包括：

攝像頭(10)，其包括光學(xué)傳感器；

剛性管道鏡(20)，其包括：伸長(zhǎng)殼，其具有觀察端(22)和傳感器端(24)；以及在伸長(zhǎng)殼內(nèi)的多元件中繼透鏡組件，其具有用于將剛性管道鏡(20)觀察到的實(shí)像引導(dǎo)到攝像頭(10)的至少兩個(gè)光學(xué)零件，觀察端(22)包括透鏡，剛性管道鏡(20)的傳感器端(24)操作性地連接到攝像頭(10)上；

外殼(30)，其具有傳感器端部分(34)和觀察端部分(32)，并且在外殼(30)內(nèi)限定內(nèi)部空間，內(nèi)部空間容納剛性管道鏡(20)的至少一部分，外殼(30)和剛性管道鏡(20)的至少一部分在它們之間限定通道(35)，外殼(30)的傳感器端部分(34)對(duì)應(yīng)于剛性管道鏡(20)的傳感器端(24)，外殼(30)的觀察端部分(32)對(duì)應(yīng)于管道鏡(20)的觀察端(22)，觀察端部分(32)限定與通道(35)處于流體連通的孔(25)，孔(25)協(xié)作地布置成容許實(shí)像傳送到剛性管道鏡(20)的觀察端(22)，外殼(30)具有操作性地設(shè)置在傳感器端部分(34)和觀察端部分(32)之間的端口(40)，端口(40)與通道(35)處于流體連通，其中，攝像頭(10)操作性地設(shè)置在通道(35)的外部和端口(40)的外部；以及

分隔部件(50)，其操作性地設(shè)置成阻礙通道(35)和攝像頭(10)之間的流體連通。

方面2.方面1的設(shè)備，其中，透鏡由選自下者的材料制成：藍(lán)寶石、石英和氟化鈣。

方面3.方面1或方面2的設(shè)備，其中，剛性管道鏡(20)的伸長(zhǎng)殼具有外表面，其中，外表面具有加強(qiáng)熱傳遞表面幾何構(gòu)造。

方面4.方面1至3中的任一方面的設(shè)備，其中，透鏡操作性地設(shè)置在外殼(30)的內(nèi)部空間內(nèi)。

方面5.方面1至4中的任一方面的設(shè)備，其中，分隔部件(50)設(shè)置在外殼(30)的內(nèi)部。

方面6.方面5的設(shè)備，其中，分隔部件(50)在外殼(30)的內(nèi)壁部分和剛性管道鏡(20)的伸長(zhǎng)殼的外壁部分之間形成流阻擋件。

方面7.方面1至6中的任一方面的設(shè)備進(jìn)一步包括操作性地連接到外殼(30)的傳感器端部分(34)上的容器(90)，其中，容器(90)容納攝像頭(10)。

方面8.方面7的設(shè)備進(jìn)一步包括電池(60)，其操作性地連接到攝像頭上，以對(duì)攝像頭(10)提供功率，其中，容器(90)容納電池(60)。

方面9.方面8的設(shè)備進(jìn)一步包括操作性地連接到電池(60)上的太陽(yáng)能電池板(65)，太陽(yáng)能電池板設(shè)置在容器(90)的外部。

方面10.方面7至9中的任一方面的設(shè)備進(jìn)一步包括操作性地連接到攝像頭(10)上的控制器(75)，其中，容器90容納控制器(75)。

方面11.方面7至10中的任一方面的設(shè)備進(jìn)一步包括無(wú)線發(fā)射器(70)，其操作性地連接到攝像頭(10)上，以將圖像從攝像頭(10)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)，其中，容器(90)容納無(wú)線發(fā)射器(70)。

方面12.方面7至11中的任一方面的設(shè)備，進(jìn)一步包括記憶體儲(chǔ)存器，其操作性地連接到攝像頭上，以存儲(chǔ)攝像頭獲取的圖像，其中，記憶體儲(chǔ)存器容納在容器(90)中。

方面13.方面7至12中的任一方面的設(shè)備，其中，分隔部件(50)設(shè)置在容器(90)的內(nèi)部。

方面14.方面7至13中的任一方面的設(shè)備，其中，容器(90)是防風(fēng)雨容器(90)。

方面15.方面7至14中的任一方面的設(shè)備進(jìn)一步包括連接器(98)，連接器(98)將容器(90)連接到外殼(30)上。

方面16.方面15的設(shè)備，其中，分隔部件(50)設(shè)置在連接器(98)中。

方面17.前述方面中的任一方面的設(shè)備進(jìn)一步包括操作性地設(shè)置在光學(xué)傳感器和剛性管道鏡(20)的觀察端(22)之間的波長(zhǎng)過(guò)濾器。

方面18.前述方面中的任一方面的設(shè)備，其中，分隔部件(50)包括密封件，密封件在通道(35)和攝像頭(10)之間提供不透流體的分隔。

方面19.方面1至17中的任一方面的設(shè)備，其中，分隔部件(50)包括止回閥。

方面20.前述方面中的任一方面的設(shè)備，其中，剛性管道鏡(20)的伸長(zhǎng)殼在觀察端(22)處漸縮且在透鏡處終止。

方面21.前述方面中的任一方面的設(shè)備，其中，孔(25)在通道(35)和高溫爐的內(nèi)部空間(100)之間提供流體連通。

方面22.前述方面中的任一方面的設(shè)備，其中，端口(40)在外殼(30)外部的環(huán)境和通道(35)之間提供流體連通。

方面23.前述方面中的任一方面的設(shè)備進(jìn)一步包括耐火塊(80)，耐火塊(80)限定通過(guò)其中的腔體，其中，外殼(30)的觀察端部分(32)的至少一部分設(shè)置在耐火塊(80)的腔體內(nèi)，耐火塊(80)協(xié)作地布置成容許實(shí)像傳送到剛性管道鏡(20)的觀察端(22)。

方面24.方面23的設(shè)備，其中，爐壁中的開口還充當(dāng)視口，設(shè)備進(jìn)一步包括視口門板(82)，其中，外殼(30)附連到視口門板(82)上，其中，外殼(30)穿過(guò)視口門板(82)，其中，視口門板(82)設(shè)置在端口(40)和外殼(30)的觀察端部分(32)之間，以及其中，耐火塊(80)附連到視口門板(82)上。

方面25.方面24的設(shè)備進(jìn)一步包括附連到視口門板(82)和高溫爐外壁(86)上的鉸接件(84)(以便容許通過(guò)打開視口門板來(lái)從爐壁中的開口移除外殼(30)的觀察端部分(32))。

方面26.方面24或方面25的設(shè)備，其中，用回旋連接器將外殼(30)附連到視口門板(82)上(這容許外殼(30)相對(duì)于視口門板移動(dòng)，以及相應(yīng)地允許管道鏡相對(duì)于視口門板移動(dòng))。

方面27.方面24的設(shè)備，其中，攝像頭(10)和剛性管道鏡(20)可作為子組件從外殼(30)移除；

其中，子組件可安裝在第二外殼(130)中，第二外殼(130)具有傳感器端部分(134)和觀察端部分(132)，并且在第二外殼(130)內(nèi)限定內(nèi)部空間，

其中，當(dāng)子組件安裝在第二外殼(130)中，第二外殼(130)的內(nèi)部空間容納剛性管道鏡(20)的至少一部分，第二外殼(130)和剛性管道鏡(20)的至少一部分在它們之間限定通道(135)，第二外殼(130)的傳感器端部分(134)對(duì)應(yīng)于剛性管道鏡(20)的傳感器端(24)，第二外殼(130)的觀察端部分(132)對(duì)應(yīng)于管道鏡(20)的觀察端(22)，第二外殼(130)的觀察端部分(132)限定與第二外殼(130)的通道(135)處于流體連通的孔(125)，其中，孔(125)協(xié)作地布置成容許實(shí)像傳送到管道鏡(20)的觀察端(22)，第二外殼(130)具有操作性地設(shè)置在傳感器端部分(134)和第二外殼(130)的觀察端部分(132)之間的端口(140)，其中，第二外殼(130)的端口(140)與第二外殼(130)中的通道(135)處于流體連通，并且攝像頭(10)操作性地設(shè)置在第二外殼(130)的通道(135)的外部和第二外殼(130)的端口(140)的外部；以及

其中，第二外殼(130)附連到第二視口門板(182)上，其中，第二外殼(130)穿過(guò)第二視口門板(182)，其中，第二視口門板(182)設(shè)置在第二外殼(130)的端口(140)和第二外殼(130)的觀察端部分(132)之間，以及其中，第二耐火塊(180)附連到第二視口門板(182)上，其中，第二耐火塊(180)限定通過(guò)其中的腔體，其中，第二外殼(130)的觀察端部分(132)的至少一部分設(shè)置在第二耐火塊(180)的腔體內(nèi)，其中，第二耐火塊(180)協(xié)作地布置成容許實(shí)像傳送到剛性管道鏡(20)的觀察端(22)。

方面28.方面27的設(shè)備，其中，子組件進(jìn)一步包括方面6的容器(90)。

方面29.方面27或方面28的設(shè)備，其中，子組件進(jìn)一步包括方面7的電池(60)。

方面30.方面27至29中的任一方面的設(shè)備，其中，子組件進(jìn)一步包括方面8的太陽(yáng)能電池板(65)。

方面31.方面27至30中的任一方面的設(shè)備，其中，子組件進(jìn)一步包括方面9的無(wú)線發(fā)射器(70)。

方面32.方面27至31中的任一方面的設(shè)備，其中，子組件進(jìn)一步包括方面10的記憶體儲(chǔ)存器。

方面33.前述方面中的任一方面的設(shè)備進(jìn)一步包括流調(diào)整器(45)，其操作性地設(shè)置成調(diào)整通過(guò)外殼(30)的端口(40)的流體流。

方面34.方面33的設(shè)備進(jìn)一步包括

溫度傳感器，其構(gòu)造成獲取可與剛性管道鏡(20)的觀察端(22)的溫度有關(guān)的測(cè)量值，并且響應(yīng)于測(cè)量值而產(chǎn)生電子信號(hào)；以及下者中的至少一個(gè)

(i)具有顯示器的計(jì)量器，其操作性地連接到溫度傳感器上，以接收電子信號(hào)，并且響應(yīng)于電子信號(hào)而展示溫度值；以及

(ii)電子控制器，其操作性地連接到溫度傳感器和流調(diào)整器(45)上，并且構(gòu)造成響應(yīng)于來(lái)自溫度傳感器的電子信號(hào)而控制流調(diào)整器(45)，以調(diào)整通過(guò)端口(40)的流體流。

方面35.前述方面中的任一方面的設(shè)備，其中，通道(35)具有橫截面流動(dòng)面積，并且孔(25)具有橫截面流動(dòng)面積，其中，孔(25)的橫截面流動(dòng)面積小于通道(35)的橫截面流動(dòng)面積，以通過(guò)增加從端口(40)流出且流向(25)和流過(guò)孔(25)的流體的流速，來(lái)改進(jìn)外殼(30)的觀察端部分(32)的冷卻。

方面36.一種用于在延長(zhǎng)時(shí)段里獲得高溫爐中的熱圖像的方法，該方法包括：

在高溫爐上安裝用于進(jìn)行熱成像的組件，用于進(jìn)行熱成像的組件包括

攝像頭(10)，其包括光學(xué)傳感器；

剛性管道鏡(20)，其包括：伸長(zhǎng)殼，其具有觀察端(22)和傳感器端(24)；以及在伸長(zhǎng)殼內(nèi)的多元件中繼透鏡組件，其具有用于將剛性管道鏡(20)觀察到的實(shí)像引導(dǎo)到攝像頭的至少兩個(gè)光學(xué)零件，觀察端(22)包括透鏡，管道鏡的傳感器端(24)操作性地連接到攝像頭上；

外殼(30)，其具有傳感器端部分和觀察端部分(32)，并且在外殼(30)內(nèi)限定內(nèi)部空間，內(nèi)部空間容納剛性管道鏡(20)的至少一部分，外殼(30)和剛性管道鏡(20)的至少一部分在它們之間限定通道(35)，外殼(30)的傳感器端部分對(duì)應(yīng)于剛性管道鏡(20)的傳感器端(24)，外殼(30)的觀察端部分(32)對(duì)應(yīng)于剛性管道鏡(20)的觀察端(22)，觀察端部分(32)限定與通道處于流體連通的孔，孔協(xié)作地布置成容許實(shí)像傳送到管道鏡的觀察端(22)，外殼(30)具有操作性地設(shè)置在傳感器端部分和觀察端部分(32)之間的端口(40)，端口(40)與通道(35)處于流體連通，其中，攝像頭(10)操作性地設(shè)置在通道(35)的外部和端口(40)的外部；

將(周圍)空氣從外殼(30)的外部吸到外殼(30)中的端口(40)中，將空氣從端口傳送通過(guò)通道，并且將空氣傳送經(jīng)過(guò)剛性管道鏡(20)的伸長(zhǎng)殼的外表面，將空氣從通道傳送經(jīng)過(guò)透鏡，并且傳送出外殼(30)的觀察端部分(32)中的孔，并且傳送到高溫爐中，其中，當(dāng)從端口傳送到高溫爐時(shí)，空氣不傳送經(jīng)過(guò)攝像頭；以及

通過(guò)下者來(lái)測(cè)量溫度信息：

將剛性管道鏡(20)觀察到的多個(gè)實(shí)像引導(dǎo)到攝像頭；

捕捉對(duì)應(yīng)于多個(gè)實(shí)像的多個(gè)圖像，其中，多個(gè)圖像中的各個(gè)圖像包括像素?cái)?shù)據(jù)；以及

處理像素?cái)?shù)據(jù)，以獲得多個(gè)圖像中的各個(gè)的溫度信息。

方面37.方面36的方法，其中，透鏡由選自下者的材料制成：藍(lán)寶石、石英和氟化鈣。

方面38.方面36或方面37的方法進(jìn)一步包括：

用電池(60)對(duì)攝像頭(10)提供電功率。

方面39.方面37的方法進(jìn)一步包括：

用太陽(yáng)能電池板(65)對(duì)電池(60)提供電功率。

方面40.方面36至39中的任一方面的方法進(jìn)一步包括：

無(wú)線地將像素?cái)?shù)據(jù)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)。

方面41.方面36至40中的任一方面的方法進(jìn)一步包括：

獲取可與剛性管道鏡(20)的觀察端(22)的溫度有關(guān)的測(cè)量值；以及

響應(yīng)于可與剛性管道鏡(20)的觀察端(22)的溫度有關(guān)的測(cè)量值，而調(diào)節(jié)通過(guò)通道的空氣的流率。

方面42.方面36至41中的任一方面的方法，其中，將周圍空氣吸到端口(40)中，其中，周圍空氣是在爐的附近和外部以及在在外殼(30)的附近和外部的未封閉空間中的空氣，周圍空氣具有壓力；以及

其中，爐至少在外殼(30)的觀察端部分(32)附近，在小于爐外部和外殼(30)外部的周圍空氣的壓力的壓力下運(yùn)行。

附圖說(shuō)明

圖1是用于通過(guò)爐壁中的開口對(duì)高溫爐的內(nèi)部空間進(jìn)行熱成像的設(shè)備的示意圖。

圖2是用于通過(guò)爐壁中的第二開口對(duì)高溫爐的內(nèi)部空間進(jìn)行熱成像的設(shè)備的示意圖，其中，設(shè)備的子組件已經(jīng)重新部署到第二開口。

具體實(shí)施方式

隨后的詳細(xì)描述僅僅提供優(yōu)選的示例性實(shí)施例，而不意于限制本發(fā)明的范圍、適應(yīng)性或構(gòu)造。相反，優(yōu)選的示例性實(shí)施例的隨后的詳細(xì)描述將對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員提供能夠?qū)嵤┑拿枋?，以?shí)現(xiàn)本發(fā)明的優(yōu)選示例性實(shí)施例，要理解的是，可對(duì)元件的功能和布置作出各種改變，而不偏離由權(quán)利要求限定的本發(fā)明的范圍。

如本文所用，當(dāng)應(yīng)用于說(shuō)明書和權(quán)利要求中描述的本發(fā)明的實(shí)施例中的任何特征時(shí)，冠詞“一”和“一種”表示一個(gè)或多個(gè)。使用“一”和“一種”不會(huì)將含義局限于單個(gè)特征，除非特別陳述了這種限制。在單數(shù)或復(fù)數(shù)名詞或名詞短語(yǔ)前面的定冠詞“該”表示特別規(guī)定的特征或特別規(guī)定的多個(gè)特征，而且取決于使用它的語(yǔ)境，可具有單數(shù)或復(fù)數(shù)涵義。

形容詞“任何”表示一個(gè)、一些或全部，而不管是什么數(shù)量。

置于第一實(shí)體和第二實(shí)體之間的用語(yǔ)“和/或”包括下者中的任一個(gè)：(1)僅僅第一實(shí)體，(2)僅僅第二實(shí)體，以及(3)第一實(shí)體和第二實(shí)體。置于總共3個(gè)或更多個(gè)的列表中的最后兩個(gè)之間的用語(yǔ)“和/或”表示列表中的至少一個(gè)實(shí)體，包括此列表中的任何特定實(shí)體組合。例如，“a、b和/或c”具有與“a和/或b和/或c”相同的意思，并且包括a、b和c的以下組合：(1)僅僅a，(2)僅僅b，(3)僅僅c，(4)a和b，沒有c，(5)a和c，沒有b，(6)b和c，沒有a，以及(7)a和b和c。

在特征或?qū)嶓w的列表后面的短語(yǔ)“中的至少一個(gè)”表示實(shí)體列中的一個(gè)或多個(gè)特征或?qū)嶓w，但不必包括實(shí)體列表內(nèi)特別列出的各個(gè)和每個(gè)實(shí)體中的至少一個(gè)，并且不排除實(shí)體列表中的任何實(shí)體組合。例如，“a、b或c中的至少一個(gè)”(或者同樣地，“a、b和c中的至少一個(gè)”，或者同樣地，“a、b和/或c中的至少一個(gè)”)具有與“a和/或b和/或c”相同的意思，并且包括a、b和c的以下組合：(1)僅僅a，(2)僅僅b，(3)僅僅c，(4)a和b，沒有c，(5)a和c，沒有b，(6)b和c，沒有a，以及(7)a和b和c。

用語(yǔ)“多個(gè)”表示“兩個(gè)或超過(guò)兩個(gè)”。

短語(yǔ)“至少一部分”表示“一部分或全部”。

參照附圖來(lái)描述本發(fā)明，其中相同參考標(biāo)號(hào)在圖中表示相同元件。

本發(fā)明涉及一種用于對(duì)高溫爐的內(nèi)部空間100進(jìn)行熱成像的設(shè)備，其中通過(guò)爐的壁110中的開口獲取熱圖像，例如通過(guò)視口。

設(shè)備包括攝像頭10，攝像頭10包括光學(xué)傳感器?？墒褂眠m合獲取熱圖像的任何攝像頭。攝像頭可為消費(fèi)者級(jí)或工業(yè)級(jí)/科學(xué)級(jí)攝像頭。適當(dāng)?shù)南M(fèi)者級(jí)攝像頭包括例如尼康fmount攝像頭和索尼emount攝像頭，其具有用于對(duì)應(yīng)的管道鏡安裝類型的轉(zhuǎn)換適配器。適當(dāng)?shù)墓I(yè)級(jí)/科學(xué)級(jí)攝像頭包括例如andortechnology、basler、jai等。如果使用消費(fèi)者級(jí)攝像頭，則可使用raw格式輸出來(lái)關(guān)聯(lián)信號(hào)數(shù)與測(cè)量到的輻射強(qiáng)度。raw格式圖像提供高動(dòng)態(tài)范圍，以實(shí)現(xiàn)較寬的溫度測(cè)量范圍，以及提供信號(hào)數(shù)和目標(biāo)溫度之間的更可靠的相互關(guān)聯(lián)。

設(shè)備可包括操作性地設(shè)置在攝像頭的光學(xué)傳感器和剛性管道鏡的觀察端之間的一個(gè)或一組波長(zhǎng)過(guò)濾器。一個(gè)或多個(gè)過(guò)濾器可置于光學(xué)路徑中的任何地方，例如，在管道鏡內(nèi)。為了對(duì)諸如重整爐管和耐火材料的表面進(jìn)行熱成像，普遍的高溫測(cè)定波長(zhǎng)可為接近0.9μm、1.6μm和3.9μm的窄帶。與攝像頭光學(xué)傳感器芯片光譜響應(yīng)結(jié)合，可選擇長(zhǎng)通光學(xué)過(guò)濾器或帶通光學(xué)過(guò)濾器來(lái)實(shí)現(xiàn)上面提到的波長(zhǎng)范圍。波長(zhǎng)過(guò)濾器用來(lái)避免爐中的氣體種的吸收和放射頻帶，因此信號(hào)可與表面溫度有關(guān)，而只需要較少校正或不需要校正。

設(shè)備包括剛性管道鏡20。剛性管道鏡20包括伸長(zhǎng)殼，伸長(zhǎng)殼具有觀察端22和傳感器端24。剛性管道鏡20包括在伸長(zhǎng)殼內(nèi)的多元件中繼透鏡組件，其具有用于將剛性管道鏡20觀察到的實(shí)像引導(dǎo)到攝像頭10的至少兩個(gè)光學(xué)零件。

剛性管道鏡20的觀察端22包括透鏡。在剛性管道鏡20的觀察端22處的透鏡可由適合高溫運(yùn)行的任何透鏡材料構(gòu)建而成，例如，選自下者的材料：藍(lán)寶石、石英和氟化鈣。剛性管道鏡20的傳感器端24操作性地連接到攝像頭10上。

剛性管道鏡20的長(zhǎng)度可大于大約0.3m，使得攝像頭和其它電子器件可位于遠(yuǎn)離高溫爐的合意距離處。剛性管道鏡20的最大長(zhǎng)度可為任何實(shí)際長(zhǎng)度和/或合乎需要的長(zhǎng)度，例如，1m。

剛性管道鏡20的伸長(zhǎng)殼可在觀察端22處漸縮。在觀察端22處漸縮的伸長(zhǎng)殼幫助減少?gòu)母邷貭t到伸長(zhǎng)殼的觀察端22的輻射熱傳遞。

管道鏡在本領(lǐng)域中是已知的?？墒褂萌魏芜m當(dāng)?shù)墓艿犁R，例如，來(lái)自marshall電子公司的v-plol系列的高溫透鏡。這種管道鏡能夠持續(xù)地經(jīng)受住透鏡處的370℃和管道鏡的本體中的200℃的溫度。

設(shè)備包括外殼30，外殼30在其中限定內(nèi)部空間。內(nèi)部空間容納剛性管道鏡20的至少一部分。外殼30和剛性管道鏡20的至少一部分在外殼30和剛性管道鏡20的至少一部分之間限定通道35。外殼30具有傳感器端部分34和觀察端部分32。傳感器端部分34對(duì)應(yīng)于剛性管道鏡20的傳感器端24，并且觀察端部分32對(duì)應(yīng)于剛性管道鏡20的觀察端22。

外殼30的觀察端部分32限定與通道35處于流體連通的孔25?？?5協(xié)作地布置成容許實(shí)像傳送到管道鏡20的觀察端22。透鏡剛性管道鏡操作性地設(shè)置在外殼30的內(nèi)部空間內(nèi)，即，從孔25凹陷。具有透鏡的剛性管道鏡20的觀察端22從外殼30中的孔25凹陷，以減少輻射熱傳遞到剛性管道鏡20的端部。在運(yùn)行中，孔25在通道35和高溫爐的內(nèi)部空間100之間提供流體連通。

孔25在大小上設(shè)置成限制管道鏡透鏡由于來(lái)自爐的輻射而被加熱，同時(shí)提高來(lái)自吸入空氣的冷卻(在下面論述)。通道35的橫截面流動(dòng)面積可大于孔25的橫截面流動(dòng)面積，以改進(jìn)外殼30的觀察端部分32的冷卻，因?yàn)榭諝饬鬟^(guò)孔25的速度提高。

外殼30具有操作性地設(shè)置在外殼30的傳感器端部分34和外殼30的觀察端部分32之間的端口40。端口40與通道35處于流體連通。端口40在外殼30外部的環(huán)境和通道35之間提供流體連通。

設(shè)備意于在負(fù)壓下運(yùn)行的爐上使用，諸如蒸汽-烴重整爐。

端口40設(shè)計(jì)成容許通過(guò)通道35將周圍空氣從外殼30外部吸到端口40中，并且通過(guò)孔25吸到爐的內(nèi)部空間100中。通過(guò)通道35吸入的周圍空氣起冷卻剛性管道鏡20的作用。通過(guò)通道35吸入的周圍空氣還用來(lái)冷卻管道鏡的觀察端處的透鏡，以及外殼30的冷卻觀察端部分32。為了幫助冷卻，剛性管道鏡20、剛性管道鏡20的伸長(zhǎng)殼的外表面可具有加強(qiáng)熱傳遞表面幾何構(gòu)造。外表面可具有用以在通道35中實(shí)現(xiàn)漩渦流的幾何構(gòu)造。

使用吸入空氣提供了不需要用于壓縮空氣或冷卻水的外部冷卻管線的好處。

可用流調(diào)整器45調(diào)整通過(guò)端口40吸入的空氣的流量。流調(diào)整器45可為任何可調(diào)節(jié)的流限制器，它將容許調(diào)整通過(guò)端口40吸入的空氣的流量。流調(diào)整器45可如顯示的那樣位于端口40中或者位于通道35中(未顯示)。

設(shè)備可包括：溫度傳感器(未顯示)，例如熱電偶，其構(gòu)造成獲取可與剛性管道鏡20的觀察端22的溫度有關(guān)的測(cè)量值，并且響應(yīng)于測(cè)量值而產(chǎn)生電子信號(hào)；以及具有顯示器的計(jì)量器(未顯示)，其操作性地連接到溫度傳感器上，以接收電子信號(hào)，并且響應(yīng)于電子信號(hào)而展示溫度值。溫度傳感器探頭可在觀察端部分32處固定在外殼30中，接線在朝向外殼30的傳感器端部分34的連接器中終止。連接器可在殼的外部，適合與計(jì)量器連接。計(jì)量器可為便攜式的。

使用溫度傳感器和計(jì)量器，可調(diào)節(jié)通過(guò)端口40吸入的空氣的流量，以提供期望量的冷卻，同時(shí)最大程度地減少多余的吸入空氣流。吸到高溫爐中的空氣將降低爐效率，所以為了冷卻管道鏡和透鏡，合乎需要的是提供足夠的吸入空氣流，而沒有多余的流。

在其中設(shè)備包括位于通道35(未顯示)或端口40和溫度傳感器中的流調(diào)整器45的實(shí)施例中，設(shè)備可進(jìn)一步包括電子控制器，控制器操作性地連接到溫度傳感器和流調(diào)整器45上，以借助于流調(diào)整器45且響應(yīng)于接收自溫度傳感器的電子信號(hào)來(lái)控制通過(guò)端口40吸入的空氣的流率。如果借助于溫度傳感器確定觀察端22的溫度高于預(yù)定最大閾值，則控制器可控制流調(diào)整器45，以允許提高通過(guò)通道35吸入的空氣的流率。如果借助于溫度傳感器確定觀察端22的溫度低于預(yù)定最小閾值，則控制器可控制流調(diào)整器，以允許降低通過(guò)通道35吸入的空氣的流率。

攝像頭10操作性地設(shè)置在通道35的外部和端口40的外部。外殼30中的端口40、通道35和外殼30的觀察端22中的孔25相對(duì)于攝像頭10布置，使得傳送通過(guò)端口40到達(dá)孔25進(jìn)入到爐的內(nèi)部空間100中的流體不傳送經(jīng)過(guò)攝像頭10。攝像頭10與傳送通過(guò)端口40到達(dá)爐的內(nèi)部空間100的整體吸入空氣流隔離開。將攝像頭10定位在其中從端口40吸到爐的內(nèi)部空間100的周圍空氣不傳送經(jīng)過(guò)攝像頭10的位置上具有特定優(yōu)點(diǎn)。如上面陳述的那樣，設(shè)備意于用于在負(fù)壓下運(yùn)行的高溫爐。雖然高溫爐可設(shè)計(jì)成在負(fù)壓下運(yùn)行，但爐壓力也可能意外變成正的。在這種情況下，來(lái)自高溫爐的內(nèi)部空間100的爐氣體將傳送通過(guò)孔25，進(jìn)入到通道35中且離開端口40，即，逆流狀況。剛性管道鏡20在高溫下可忍耐較短的持續(xù)時(shí)間。所述攝像頭10則不行。在攝像頭10位于通道35或端口40中的情況下，高溫爐氣體很可能會(huì)損害攝像頭10。

設(shè)備包括分隔部件50，其操作性地設(shè)置成阻礙通道35和攝像頭10之間的流體連通，以隔離攝像頭10與通道35，特別是在通道35中有逆流狀況的期間。分隔部件50阻擋從通道35到攝像頭的流。

分隔部件50可如圖1中顯示的那樣設(shè)置在外殼30的內(nèi)部。分隔部件50可與外殼30或諸如套管的單獨(dú)零件成一體。分隔部件可包括密封件，其中密封件與剛性管道鏡20的伸長(zhǎng)殼匹配，并且在通道35和攝像頭10之間提供不透流體的隔離。

設(shè)備可包括操作性地連接到外殼30的傳感器端部分34上的容器90。容器90可容納攝像頭10和下面描述的其它電子器件。容器90可為防風(fēng)雨容器。容器90可具有用于將容器連接到外殼30上的配合部件95。配合部件95和外殼30的傳感器端部分34可各自在凸緣中終止。

分隔部件50可設(shè)置在容器90的內(nèi)部。分隔部件50可設(shè)置在容器90的配合部件95中。

設(shè)備可包括用于將容器90連接到外殼30的傳感器端34上的連接器98。連接器98可為任何已知的快速脫開聯(lián)接件。分隔部件50可設(shè)置在連接器98中。

分隔部件50可包括止回閥(未顯示)。止回閥也被稱為逆止閥、止逆閥和單向閥。止回閥允許氣體僅沿一個(gè)方向流動(dòng)。可使用任何適當(dāng)?shù)闹够亻y。止回閥可構(gòu)造成當(dāng)爐在負(fù)壓下運(yùn)行時(shí)，在正常流狀況期間允許吹掃空氣流傳送經(jīng)過(guò)攝像頭和容器90中的其它電子器件，并且進(jìn)入到通道35中?？赡芟胍祾呖諝饬鞣乐箍扇?xì)怏w在容器90中積聚。在爐正壓引起逆流的情況下，所有爐氣體都被引導(dǎo)通過(guò)端口40，因?yàn)橹够亻y防止?fàn)t氣體接觸攝像頭10和其它電子器件。

設(shè)備可包括電池60，其操作性地連接到攝像頭10上，以對(duì)攝像頭10提供功率。電池60可與攝像頭10成一體。電池60可與攝像頭10分開。電池可容納在容器90內(nèi)。

設(shè)備可包括操作性地連接到電池60上的太陽(yáng)能電池板65。太陽(yáng)能電池板65可設(shè)置在容器90的外部，以接收光能，光能轉(zhuǎn)換成電。太陽(yáng)能電池板65可用來(lái)給電池60充電。

作為太陽(yáng)能電池板65的備選方案或者補(bǔ)充方案，可使用熱電功率發(fā)生器，因?yàn)榭奢p易地獲得來(lái)自高溫爐的熱能。

設(shè)備可包括無(wú)線發(fā)射器70，其操作性地連接到攝像頭10上，以將圖像從攝像頭10傳輸?shù)接?jì)算機(jī)(未顯示)。無(wú)線發(fā)射器70可容納在容器90中。無(wú)線發(fā)射器70可使用任何已知的無(wú)線傳輸協(xié)議來(lái)進(jìn)行傳輸，例如藍(lán)牙、wi-fi、蜂窩網(wǎng)絡(luò)等等。無(wú)線發(fā)射器70可由電池60提供功率。使用無(wú)線發(fā)射器70與電池可提供不需要外部配線的好處。

設(shè)備可包括控制器75?？刂破?5可為計(jì)算機(jī)?？刂破骺蔀槠桨逍陀?jì)算機(jī)，諸如ipad?、微軟surfacepro?等等?？刂破?5可容納在容器90中。

設(shè)備可包括記憶體儲(chǔ)存器，其操作性地連接到攝像頭上，以存儲(chǔ)攝像頭獲得的圖像。記憶體儲(chǔ)存器可與攝像頭成一體。記憶體儲(chǔ)存器可與控制器75成一體。記憶體儲(chǔ)存器可容納在容器90中。記憶體儲(chǔ)存器可為sd卡、usb驅(qū)動(dòng)器，或者本領(lǐng)域已知的任何已知的記憶體儲(chǔ)存器。

來(lái)自獲取圖像的數(shù)據(jù)可使用記憶體儲(chǔ)存器在本地存儲(chǔ)在熱成像系統(tǒng)處，供操作者在需要時(shí)取回。備選地或另外，數(shù)據(jù)可無(wú)線地傳送到遠(yuǎn)離視口的接收器，供操作者審閱。

可選擇系統(tǒng)的電子構(gòu)件來(lái)限定系統(tǒng)的功率消耗。大體上，電子系統(tǒng)可設(shè)計(jì)上成實(shí)現(xiàn)低功率消耗，例如在運(yùn)行模式中是幾瓦，并且在待機(jī)或睡眠模式中是大約1w)，使得電池和本地功率生產(chǎn)足以對(duì)熱成像系統(tǒng)提供功率。理想地，太陽(yáng)能電池板和/或熱電學(xué)和電池可對(duì)系統(tǒng)提供功率，而不需要用外部源充電。攝像頭10和控制器75可構(gòu)造成間歇地“舒醒”，以獲取圖像和過(guò)程數(shù)據(jù)。

可選擇系統(tǒng)的電子構(gòu)件使其符合第i類第2章節(jié)。這可通過(guò)例如使用氣密密封或防爆封罩或者滿足isa-rp12.12.03的pep-1或pep-2要求來(lái)實(shí)現(xiàn)。

設(shè)備可進(jìn)一步包括耐火塊80，其中，耐火塊限定通過(guò)其中的腔體。外殼30的觀察端部分32的至少一部分可設(shè)置在耐火塊80的腔體內(nèi)。耐火塊80協(xié)作地布置成容許實(shí)像傳送到剛性管道鏡20的觀察端22。耐火塊80可由任何適當(dāng)?shù)哪突鸩牧现瞥?，例如，氧化鋁、硅石和氧化鎂。耐火塊80可附連到外殼30上。

爐的壁110中的開口還可用作視口。設(shè)備可進(jìn)一步包括視口門板82。外殼30可附連(例如焊接)到視口門板82上，其中，外殼30穿過(guò)視口門板82。視口門板82可設(shè)置在端口40和外殼30的觀察端部分32之間。外殼30可用回旋連接器附連到視口門板82上?；匦B接器將容許外殼30相對(duì)于視口門板82移動(dòng)，并且相應(yīng)地允許剛性管道鏡20相對(duì)于視口門板82移動(dòng)。使用回旋連接器將容許剛性管道鏡20看到爐中的不同區(qū)域。耐火塊80可附連到視口門板82上。

作為用于觀察爐中的不同區(qū)域的回旋連接器的備選方案，設(shè)備可包括第二攝像頭(未顯示)，它包括光學(xué)傳感器，并且設(shè)備可包括第二剛性管道鏡(未顯示)。第二剛性管道鏡可包括：伸長(zhǎng)殼，其具有觀察端和傳感器端；以及在伸長(zhǎng)殼內(nèi)的多元件中繼透鏡組件，其具有用于將第二剛性管道鏡觀察到的實(shí)像引導(dǎo)到第二攝像頭的至少兩個(gè)光學(xué)零件。剛性管道鏡的觀察端(如果存在的話)包括透鏡。第二剛性管道鏡的傳感器端(如果存在的話)操作性地連接到第二攝像頭(如果存在的話)上。外殼30的內(nèi)部空間可容納第二剛性管道鏡的至少一部分。外殼30的觀察端部分32可限定與通道35處于流體連通的第二孔(未顯示)，第二孔協(xié)作地布置成容許第二實(shí)像傳送到第二剛性管道鏡的觀察端。第二攝像頭可設(shè)置在容器90中。

設(shè)備可包括附連到視口門板82和高溫爐的外壁86上的鉸接件84。鉸接件容許通過(guò)打開視口門板82來(lái)從爐壁110中的開口輕易地移除外殼30的觀察端部分32。

攝像頭10和剛性管道鏡20可作為子組件共同從外殼30移除。子組件可包括下者中的一個(gè)或多個(gè)：容器90、電池60、太陽(yáng)能電池板65、無(wú)線發(fā)射器70和記憶體儲(chǔ)存器。這提供可將子組件輕易地重新部署在不同的視口處的好處，不同的視口如圖2中顯示的那樣適當(dāng)?shù)貥?gòu)造而成。

子組件可安裝在第二外殼130中，第二外殼130具有傳感器端部分134和觀察端部分132，并且在第二外殼130內(nèi)限定內(nèi)部空間。

當(dāng)子組件從任何外殼(30，130)移除時(shí)，外殼的傳感器端部分(34，134)可被蓋住。

當(dāng)子組件安裝在第二外殼130中時(shí)，第二外殼130的內(nèi)部空間容納剛性管道鏡20的至少一部分。第二外殼130和剛性管道鏡20的至少一部分在它們之間限定通道135。第二外殼130的傳感器端部分134對(duì)應(yīng)于剛性管道鏡20的傳感器端24。第二外殼130的觀察端部分132對(duì)應(yīng)于管道鏡20的觀察端22。第二外殼130的觀察端部分132限定與第二外殼130中的通道135處于流體連通的孔125?？?25協(xié)作地布置成容許實(shí)像傳送到管道鏡20的觀察端22。第二外殼130具有操作性地設(shè)置在傳感器端部分134和第二外殼130的觀察端部分132之間的端口140。第二外殼130的端口140與第二外殼130中的通道135處于流體連通。攝像頭10操作性地設(shè)置在第二外殼130的通道135的外部和第二外殼130的端口140的外部。

第二外殼130可附連到第二視口門板182上，其中，第二外殼130穿過(guò)第二視口門板182。第二視口門板182可設(shè)置在第二外殼130的端口140和第二外殼130的觀察端部分132之間。第二耐火塊180可附連到第二視口門板182上，其中，第二耐火塊180限定通過(guò)其中的腔體。第二外殼130的觀察端部分132的至少一部分可設(shè)置在第二耐火塊180的腔體內(nèi)，其中，第二耐火塊180協(xié)作地布置成容許實(shí)像傳送到剛性管道鏡20的觀察端22。

本發(fā)明還涉及一種用于獲得高溫爐中的熱圖像的方法，其中在延長(zhǎng)時(shí)段里獲得測(cè)量。

方法包括將上面描述的有或沒有任何可選特征的設(shè)備安裝在高溫爐上。

方法包括將(周圍)空氣從外殼30的外部吸到外殼30中的端口40中，將空氣從端口40傳送通過(guò)通道35，并且將空氣傳送經(jīng)過(guò)剛性管道鏡20的伸長(zhǎng)殼的外表面，將空氣從通道35傳送經(jīng)過(guò)透鏡，并且傳送出外殼30的觀察端部分32中的孔25，并且傳送到高溫爐中。由于設(shè)備的結(jié)構(gòu)的原因，當(dāng)從端口40傳送到內(nèi)部空間100中到達(dá)高溫爐時(shí)，空氣不傳送經(jīng)過(guò)攝像頭10。

周圍空氣是在爐的附近和外部以及在外殼30的附近和外部的未封閉空間中的空氣。用語(yǔ)“未封閉空間”表示對(duì)其中安裝了爐的位點(diǎn)處的外部環(huán)境開放或者與其處于流連通的空間。這個(gè)外部環(huán)境可特別地構(gòu)成未封閉空間。周圍空氣具有壓力。爐至少在外殼30的觀察端部分32附近，在負(fù)壓下運(yùn)行，即，在小于爐和外殼30外部的周圍空氣的壓力的壓力下運(yùn)行。

方法包括通過(guò)下者來(lái)測(cè)量溫度信息：將剛性管道鏡20觀察到的多個(gè)實(shí)像引導(dǎo)到攝像頭10；捕捉對(duì)應(yīng)于多個(gè)實(shí)像的多個(gè)圖像，其中，多個(gè)圖像中的各個(gè)圖像包括像素?cái)?shù)據(jù)；以及處理像素?cái)?shù)據(jù)，以獲得多個(gè)圖像中的各個(gè)的溫度信息。

方法可進(jìn)一步包括用電池60對(duì)攝像頭10提供電功率。

方法可進(jìn)一步包括用太陽(yáng)能電池板65對(duì)電池60提供電功率。

方法可進(jìn)一步包括無(wú)線地將像素?cái)?shù)據(jù)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)。

方法可進(jìn)一步包括將吹掃空氣流引入到容器90中，傳送吹掃空氣流通過(guò)分隔部件50中的止回閥且進(jìn)入到通道35中，并且從通道35通過(guò)孔25且進(jìn)入到爐的內(nèi)部空間100中。

方法可進(jìn)一步包括獲取可與剛性管道鏡20的觀察端22的溫度有關(guān)的測(cè)量值，以及響應(yīng)于可與剛性管道鏡20的觀察端22的溫度有關(guān)的測(cè)量值，而調(diào)節(jié)通過(guò)通道的空氣流率。

示例

根據(jù)本發(fā)明的熱成像組件構(gòu)建和部署成獲取蒸汽-烴重整爐中的熱圖像，蒸汽-烴重整爐容納多個(gè)含有催化劑的重整爐管，以在延長(zhǎng)時(shí)段里監(jiān)測(cè)管的溫度。

剛性管道鏡是marshall電子公司的v-pl-hitemp-452。攝像頭是消費(fèi)者級(jí)別的尼康d600攝像頭，通過(guò)移除光學(xué)傳感器芯片的頂部上的內(nèi)部ir阻擋過(guò)濾器對(duì)該攝像頭進(jìn)行修改。使用marshall電子公司制造的轉(zhuǎn)接器聯(lián)接管道鏡和攝像頭，轉(zhuǎn)接器將管道鏡上的cs安裝件連接到尼康攝像頭的f安裝件上。添加了780nm長(zhǎng)通過(guò)濾器，以阻擋輻射的可視端。

管道鏡的殼和外殼之間的通道具有大約15cm²的橫截面積。外殼的端部處的孔具有大約20cm²的面積。外殼中的端口具有大約3cm²的橫截面積。

爐在大約-1英寸水柱的負(fù)壓條件(101.076kpa)下運(yùn)行。

周圍空氣通過(guò)端口吸入，通過(guò)外殼且進(jìn)入到重整爐中。由于被動(dòng)的周圍空氣冷卻設(shè)計(jì)，測(cè)量到管道鏡的端部處的透鏡的溫度在正常運(yùn)行條件下為大約149℃。

使用外部電池組來(lái)容許在幾個(gè)月的時(shí)期里獲取許許多多圖像。使用定時(shí)間隔拍攝模式獲取圖像，其中在1小時(shí)至6小時(shí)的時(shí)間間隔范圍中獲取圖像。

將原始圖像存儲(chǔ)在sd卡中。

熱成像組件在不同的爐運(yùn)行條件下隨著時(shí)間的推移提供了一定范圍的重整爐管細(xì)微溫度變化。結(jié)合管溫度信息與其它裝置過(guò)程運(yùn)行可變信息，以推斷出重整爐管中的以別的方式不可測(cè)量的反應(yīng)條件。