[发明专利]用于在恶劣环境中确定火焰的系统和方法

说明书

技术领域

本发明一般涉及用于火焰检测的传感器，并且更具体地涉及用于在恶劣环境中确定火焰的基于传感器的系统和方法。

背景技术

对燃烧系统(诸如汽轮机、锅炉、加热器、炉子和燃烧器)进行管理以检测火焰是否存在是必要的。在规划和调度此类系统的保养工作时，检测火焰是重要的。检测燃烧系统中火焰的存在以确定在该系统中正在进行的燃烧的状态也是重要的。用于涡轮机和其它系统的控制决策基于确定的燃烧状态。因此，为了燃烧系统的高效工作，确定燃烧的准确状态是重要的。

目前许多的火焰检测系统都利用光敏检测器。这种检测器包括光电管，光电管在被特定波长的光照射时发射电子。发射的电子被一组接收管接收。由接收管收集的发射电子被用来确定燃烧系统中火焰的强度。不过，在这种系统中，需要在光电管和接收管之间保持高电压电势。此外，随着温度升高，光电管的性能和可靠性降低，因此使光电管不适合安装在高温环境中的许多系统。

在火焰检测中，更经常利用某些波长的电磁辐射来确定火焰是否存在。为了获得火焰检测系统的更高效率，使用能透过某些波长的光学元件。这些光学系统可以让某些波长通过，使检测系统中的光敏检测器曝光。而且，光学元件还用来避免检测系统的部件直接暴露于高温中。然而，这些光学系统还可能受到由于过度暴露于高温造成的潜在损坏。

现代电子器件便于使用半导体元件来构建检测系统。半导体元件还使得检测系统的规模减小。此外，使用半导体元件还可以以更低的成本达到更高稳定性。为了处理由半导体元件接收的信号，信号处理电子器件被用在大多数火焰检测系统中。包括半导体元件的信号处理电子器件通常被设置成靠近火焰检测系统。通信信道被用来将信号从火焰检测系统传送到信号处理单元。在当前的系统中，已经观察到在这种通信中可能丢失重要信息。

为了避免通信损失，信号处理单元被设置于同样容置火焰检测系统的壳体中。然而，由于壳体靠近火焰源设置，壳体的温度可能逐渐上升。外壳的温度升高可能导致信号处理单元的性能问题。为了确保将外壳的温度保持在半导体元件的工作范围之内，需要在外壳附近设置额外的冷却系统(诸如风扇或液冷)。冷却系统的加入增加了成本，增大了火焰检测系统的重量，因此导致其不适于用在大多数应用中。

包括碳化硅(SiC)或绝缘衬底上硅(Silicon-on-Insulator，SOI)或氮化镓(GaN)的半导体元件已经用于在高温环境中使用的其它电子装置中。SiC或SOI部件还用在火焰检测系统的信号处理单元中。SiC或SOI部件提供设置有火焰检测系统的燃烧系统的一致性能。然而，即使使用SiC或SOI部件，目前可用的系统在信号处理过程中表现出电流泄露。而且，随着温度的升高，噪声分量也以增长的出现的频率增加。

因此，需要能在恶劣环境中提供火焰检测同时又表现出最小的因噪声信号导致的损失和畸变的系统和方法。

发明内容

在一个实施例中，提供了一种用于确定火焰存在的系统。所述系统包括光敏转换器(transducer)，所述光敏转换器基于来自火焰源的电磁辐射生成响应信号。所述光敏转换器被设置成靠近火焰源。进一步地，所述系统包括信号处理单元。所述信号处理单元包括调制单元，所述调制单元被配置成用频率比不期望信号的频率高的调制信号调制所述响应信号并生成调制响应信号。进一步地，所述信号处理单元包括解调单元，所述解调单元被配置成从调制响应信号确定输出信号。所述解调单元被配置成从所述调制响应信号中消除不期望信号，以生成输出信号。输出信号由处理单元处理以确定火焰的存在。确定火焰的存在是基于来自火焰的辐射的强度。

在另一实施例中，提供了一种用于确定火焰存在的方法。所述方法包括获得基于入射辐射生成的响应信号。进一步地，所述方法包括调制所获得的响应信号，以生成调制响应信号。所述响应信号是使用频率比所述响应信号中的不期望信号的频率高的调制信号调制的。而且，所述方法包括解调所述调制响应信号，以生成输出信号。解调调制响应信号包括消除不期望信号以确定输出信号。所述方法还包括处理输出信号以确定火焰的存在的步骤。所述输出信号被用来确定所述入射辐射的强度，基于此检测火焰的存在。