[发明专利]采用长波长通滤波器的用于火焰辨别的设备及相关方法

说明书

交叉参考相关申请

本申请要求2009年6月24日提交的美国专利申请No.12/491,205的优先权，在此通过引用合并该美国专利申请的全部内容。

技术领域

本发明一般地涉及一种用于光学探测火焰的设备。

背景技术

重要的是光学火焰探测器能够以尽可能可靠的方式探测各种类型的火焰的存在。这就要求火焰探测器在火焰与其他红外辐射源之间进行辨别。通常，在约4.3μm的窄光谱的红外部分，即在碳氢发射峰值，进行光学火焰探测。

光学火焰探测器通常通过分析由火焰发射的光谱部分和/或分析该火焰的瞬间闪烁进行工作。通常，位于中波红外(MWIR)光谱(～3μm至5μm)内的火焰的光谱特性含有几个不容易由错误告警源复制的关键特征。从约180nm至290nm的UV-C波段也含有唯一光谱信息，该唯一光谱信息当与MWIR组合时有助于根据其光谱特性辨别火焰。

在现有技术中，简单的火焰探测器采用单一传感器，并且每当该探测器感测的信号超过特定阈值水平时，提供告警。这种简单方案因为不能在火焰与诸如白炽灯泡的其他亮物体、诸如焊接的热工业处理、在探测器前挥动的热手、点燃的香烟以及甚至太阳光之间进行辨别而遭受错误触发。

已经试图通过感测在两个或更多波长上的辐射来克服该问题。与仅在单一波长进行感测相比，将在每个波长感测的信号的相对强度进行比较更能辨别错误光源。光学火焰探测的现有技术采用几个带通滤波器，这些带通滤波器被策略性地选择用于提供良好测量的辨别。通常采用的通滤波器具有良好限定的下限的50％峰值透射的“下截止(cuton)”波长和上限的50％峰值透射的“截止”波长。此外，该带通滤波器具有位于中心波长的1％和13％之间的全宽的半最大(FWHM)带宽。通滤波器的通带、中心波长和数量是系统工程师的有价值工具；适当选择可以提供良好的防止错误告警。例如，授予King等人的美国专利No.5995008披露了一种采用至少两个传感器的光学火焰探测器设备，该至少两个传感器被配置了响应于重叠光谱带的带通滤波器。一个带通滤波器的中心在4.5μm、带宽约为0.15μm，以保证CO₂的采样，而另一个带通滤波器被配置了约0.35μm的通带，并且其中心使两个滤波器的上或下滤波器响应边界波长大致重合。根据King等人，可以附加第三滤波器用于采样光谱的其他部分。

的确，如果资源足够，从理论上说可以设计会提供100％防止所有可想得到的错误告警。然而，实际上，系统工程师受到在特定成本约束下选择可以合理实现的滤波器的数量的限制。附加滤波器迅速提高了传感器的成本，因为每个滤波器本身是有成本的物品，需要另一个通常比该滤波器昂贵的传感器以及诸如另一个前置放大器、另一个模数转换器通道这样的低成本物品，以及更多的处理功率。此外，所选带宽越窄，带通滤波器通常越昂贵。较低的带宽提供增强的火焰辨别性，然而，提高了探测器的成本。最后，带宽越窄，与传感器相关的灵敏度越必须变得越高，以对到达传感器的少量光子，提供足够的信噪比。如果传感器成本对光学火焰探测方法构成实际限制，则带通滤波器产生比它解决的问题还多的问题。

一些系统工程师试图利用诸如钽酸锂(LiTaO₃)的热电探测器来减低对系统附加更多带通滤波器的一些成本。热电探测器是比诸如硒化铅(PbSe)的其他MWIR探测器的成本低的解决方案，而肯定不比诸如砷化铟(InAs)、铅化铟(InSb)、碲镉汞(MCT)、或者碲锌镉汞(MCZT)的更特殊的探测器材料更昂贵。然而，当考虑到要求耐久的探测器的应用时，热电探测器存在固有缺陷。即，呈现热电效应的任何晶体还必然在某种程度上呈现压电效应。换句话说，热电探测器对声音和振动以及电磁辐射敏感，并且输出与这些激励成比例的响应。当考虑到预期诸如航空器、陆上/海上交通工具、工业操作、工厂等中的噪声和/或者振动环境是重要的应用时，这是非常不希望的。

发明内容

本公开涉及一种被配置了多个光学传感器的火焰探测设备，每个光学传感器具有长波红外通(LWP)滤波器，每个长波红外通滤波器都是响应于该光谱的IR部分内的波长范围，其中一个LWP滤波器在约4.17μm的波长至少有50％的响应。所使用的另一个LWP滤波器被设计成在互相不同的波长至少有50％的响应，但是至少使一个滤波器的响应光谱是另一个的子集。

本技术领域内的技术人员根据下面参考附图对实施例所做的详细描述，本发明的这些以及其他实施例是显而易见的，本发明并不局限于所公开的任何特定实施例。

附图说明