一种基于光谱特征的燃烧状态监测装置及其监测方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN108592078A(43)申请公布日2018.09.28(21)申请号201810580881.7(22)申请日2018.06.07(71)申请人西安交通大学地址710049陕西省西安市碑林区咸宁西路28号申请人陕西科汇热工技术有限责任公司(72)发明人吴晓明张建联吴辰马天有杜建强王丽娜胡曦(74)专利代理机构西安通大专利代理有限责任公司61200代理人高博(51)Int.Cl.F23M11/04(2006.01)F23N5/24(2006.01)权利要求书2页说明书7页附图1页(54)发明名称一种基于光谱特征的燃烧状态监测装置及其监测方法(57)摘要本发明公开了一种基于光谱特征的燃烧状态监测装置，包括中央控制系统、监测处理模块、光纤束和探头，探头设置在工业炉燃烧室内，用于实现光学信号的收集和传输，光纤束包括两端接头和包被物，光纤束的两端接头分别与监测处理模块和探头连接，监测处理模块用于接收探头采集的燃烧室燃烧数据，进行信号特征识别和提取，将传输分析结果和控制信号发送给中央控制系统，实现工业炉燃烧状态监测。本发明能够以较低成本实现包含光谱特征的燃烧检测，适用于活性炭制造、燃气炉、垃圾焚烧等对燃烧成份需要监控的检测领域。CN108592078ACN108592078A权利要求书1/2页1.一种基于光谱特征的燃烧状态监测装置，其特征在于，包括中央控制系统(1)、监测处理模块、光纤束(10)和探头(13)，探头(13)设置在工业炉燃烧室内，用于实现光学信号的收集和传输，光纤束(10)包括两端接头和包被物，光纤束(10)的两端接头分别与监测处理模块和探头(13)连接，监测处理模块用于接收探头(13)采集的燃烧室燃烧数据，进行信号特征识别和提取，将传输分析结果和控制信号发送给中央控制系统(1)，实现工业炉燃烧状态监测。2.根据权利要求1所述的一种基于光谱特征的燃烧状态监测装置，其特征在于，监测处理模块包括电路板(3)和电路板壳体，电路板(3)设置在电路板壳体内，电路板(3)上分别设置有ARM处理器(14)、485通讯模块(4)、电源模块(6)、光谱传感器(8)和分析模块(15)，ARM处理器(14)通过485通讯模块(4)与中央控制系统(1)连接，ARM处理器(14)通过数据采集模块(7)与光谱传感器(8)连接，电源模块(6)和分析模块(15)分别与ARM处理器(14)连接。3.根据权利要求2所述的一种基于光谱特征的燃烧状态监测装置，其特征在于，电路板壳体上设置有探头接口(9)，光谱传感器(8)固定在电路板壳体的内表面，光谱传感器(8)正面朝向探头接口(9)内光纤束(10)的一端。4.根据权利要求1或3所述的一种基于光谱特征的燃烧状态监测装置，其特征在于，光纤束(10)的两个端面为平面，包括至少200根石英光纤，用于传递波长400～800nm的光。5.根据权利要求2所述的一种基于光谱特征的燃烧状态监测装置，其特征在于，电路板壳体上分别设置有电缆接口(2)和电源接口(5)，电缆接口(2)的一端通过扁平电缆与485通讯模块(4)连接，另一端与中央控制系统(1)连接，电源接口(5)的一端与电源模块(6)连接，另一端连接直流稳压电源。6.根据权利要求2所述的一种基于光谱特征的燃烧状态监测装置，其特征在于，ARM处理器(14)采用I2C总线经数据采集模块(7)与光谱传感器(8)连接，光谱传感器(8)和数据采集模块(7)之间通过柔性扁平电缆连接，图像信息被采集后形成强度、红、绿、蓝四个通道的强度信息，进行小窗口时域信号平滑处理，利用数字滤波器实现光谱特征表示。7.根据权利要求2或6所述的一种基于光谱特征的燃烧状态监测装置，其特征在于，光谱传感器(8)包括带滤波片的CCD和微处理器。8.根据权利要求2所述的一种基于光谱特征的燃烧状态监测装置，其特征在于，分析模块(15)经内存(16)与特征库(17)连接，通过ARM处理器(14)实现光路导入、光谱检测、数据处理和存贮、特征提取以及分析比较和通讯控制。9.根据权利要求1所述的一种基于光谱特征的燃烧状态监测装置，其特征在于，探头(13)包括外壳(20)，外壳(20)内设置有镜头(12)、光纤腔(19)和保护气管道(23)，镜头(12)的前端外壳上设置有镜头盖(22)，镜头(12)与光纤腔(19)内的光纤束(10)连接，保护气管道(23)与镜头盖(22)连接，用于打开镜头盖(22)，外壳(20)采用不锈钢制成，镜头(12)为石英玻璃镜头。10.一种利用权利要求1至9中任一项所述基于光谱特征的燃烧状态监测装置的监测方法，其特征在于，首先在工作开始前,保护气体吹开探头的镜头盖，并吹扫镜头界面，清除灰尘；然后通电工作，光谱传感器接收到