[发明专利]燃烧区化学感测系统和相关方法

说明书

公开了一种燃烧区化学感测系统(100)，该系统包括使来自输入光纤(150)的MIR电磁能量准直的俯仰反射光学器件(110)、反射器(120)、将反射的MIR电磁能量聚焦到输出光纤(152)中的捕捉反射光学器件(112)和用于检测来自该输出光纤的MIR电磁能量的检测器(140)。公开了一种用于感测燃烧区(104)的光学头(102)，该光学头包括使来自输入光纤(150)的MIR电磁能量朝向反射器(120)准直的俯仰反射光学器件(110)、将从该反射器反射的MIR电磁能量聚焦到输出光纤(152)中的捕捉反射光学器件(112)和与邻近该燃烧区的结构交接的对准壳体。公开了一种用于确定燃烧区内的气体浓度的方法，该方法包括使从输入光纤离开的MIR电磁能量准直以横穿燃烧区以及将来自该燃烧区的反射的MIR电磁能量聚焦到输出光纤中。

相关专利申请

本申请要求于2020年10月9日提交的美国临时专利申请号63/089,555的优先权，该美国临时专利申请全文以引用方式并入本文。

背景技术

可调谐二极管激光吸收光谱法(TDLAS)已被用于监测燃烧，包括大型熔炉中的燃烧。TDLAS系统监测燃烧处理室内和燃烧区中气体的存在或浓度。这些系统使用近红外(NIR)和可见光，其中燃烧区的一侧具有光纤电缆，用于引导来自激光器的电磁能量，在该燃烧区中光可被室中的化学物质吸收；剩余光被聚焦到燃烧区的另一侧上的另一光纤电缆中，并被引导到检测器，在该检测器中检测并分析信号，从而可以计算一种或多种物质的浓度。

常规TDLAS系统因此利用单独的俯仰头和捕捉头，两者分别通过光纤电缆连接到激光器和检测器。这允许在TDLAS系统的电子器件、激光器和检测器与高温燃烧处理室之间保持足够的距离。俯仰头和捕捉头位于围绕燃烧处理室的两个位置处，并且可以跨过该室直接定位以使光与燃烧物质的相互作用最大化，从而增加信噪比。

发明内容

在一个实施方案中，一种燃烧区化学感测系统包括：位于燃烧区的第一侧上的俯仰反射光学器件，该俯仰反射光学器件使来自输入光纤的MIR电磁能量准直；位于燃烧区的第二侧上的反射器，该反射器反射准直的MIR电磁能量；位于燃烧区的第一侧上的捕捉反射光学器件，该捕捉反射光学器件将反射的MIR电磁能量聚焦到输出光纤中；和用于检测来自输出光纤的MIR电磁能量的检测器。

在一个实施方案中，一种用于感测燃烧区的光学头包括：俯仰反射光学器件，该俯仰反射光学器件使来自输入光纤的MIR电磁能量朝向反射器准直；捕捉反射光学器件，该捕捉反射光学器件将从反射器反射的MIR电磁能量聚焦到输出光纤中；和对准壳体，该对准壳体与邻近燃烧区的结构交接并且相对于燃烧区保持和定位俯仰反射光学器件和捕捉反射光学器件。

在一个实施方案中，一种用于确定燃烧区内的气体浓度的方法包括：使从输入光纤离开的MIR电磁能量准直以横穿燃烧区；以及将来自燃烧区的反射的MIR电磁能量聚焦到输出光纤。

附图说明

图1示出了根据一个实施方案的燃烧区化学感测系统。

图2示出了根据一个实施方案的可与图1的燃烧区化学感测系统一起使用的用于感测的光学头。

图3示出了根据一个实施方案的沿着正交轴观察的图2的光学头。

图4A和图4B示出了沿着两个垂直侧视图观察的图2和图3所示的光学头的一个实施方案。

图5是示出根据一个实施方案的用于确定燃烧区内的气体浓度并且适于与图1的系统一起使用的方法的流程图。

具体实施方式