用于监测烟道中的微粒的装置和方法制造方法及图纸

一种用于监测烟道中的颗粒的方法，该方法包括在烟道第一侧处产生朝向烟道的相对第二侧的光束。所述光束朝烟道的第一侧并穿过烟道中的颗粒而反射回。获取经颗粒散射的光的图像。所述图像是使用成像器而获取的，该成像器的方位和朝向方式使其具有包括不想要的散射光的视场。所述方法包括从图像中屏蔽不想要的散射光的步骤。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于监测烟道中的颗粒的装置和方法。具体地，本专利技术涉及用于使用光源来监测烟道中的颗粒的装置和方法。在此使用的术语“烟道”是指具有容积的、气体可从中穿过的物体，例如烟囱、管道、烟道、导管或类似物。
技术介绍
已知的用于监测烟道中的颗粒的方法包括电学和光学方法。典型的光学方法是使激光源发出的光束穿过烟道（烟道的直径通常为0.5m到10m）。烟道中的颗粒在各立体角度上散射激光束，强度随角度而变化，通常在入射光束前行方向的周围散射强度增大。一部分散射光由简单的望远镜收集，并聚焦于光监测器；用各种不同的已知设备收集的这部分光也是各不相同的（例如，由于从不同的散射方向来收集光）。除了烟道中流动的颗粒会散射光线之外，其它被激光照亮的物体也会散射光线。产生这种不想要的散射的物体通常是烟道部件或安装在烟道内的设备，包括监测设备自身（监测设备包括窗、镜子、束流收集器和晶片）。如果经这些物体散射的光进入传感器，则监测装置将会错误地监测这些光。监测装置的制造商在防止这种漫射光进入传感器方面尚有困难。消除这种散射光的一个已知方法是，限制望远镜的视界，以使传感器“看不到”来自激光窗或与烟道壁重合的那部分激光束中任何明亮的散射。这种排除法需要收集那些与激光束前行传播方向角度分离的、因而不具有最大光强且相对不受颗粒尺寸分布影响的散射光。另一个已知方法的例子是，对经在某个远离最佳角度的角度被照亮的特定物体散射的光进行成像。在大散射角度对散射场进行成像的好处是：在整个场上实现聚焦和范围分辨，但这种目的的实现是以消耗信号强度为代价的，且阻止了发射器和接收器安装在横跨烟道直径的便利的位置。本专利技术寻求解决上述问题。
技术实现思路
根据第一方面，本专利技术提供了一种用于监测烟道中的颗粒的方法，该方法包括：在烟道的第一侧产生穿过颗粒的光束；通过使用成像器获取经颗粒散射的光的 图像，所述成像器包括集光镜，经颗粒散射的光穿过该集光镜；其特征在于，不想要的散射光也穿过该集光镜，且所述方法包括从图像中屏蔽穿过集光镜的不想要的散射光的步骤。因此，尽管是使用具有包括不想要散射光的视界的成像器来获取所述图像的，然而，该方法包括从图像中移除一个或多个空间分离的、不想要的散射光光源效应的步骤；所述移除可以是直接的（例如，通过物理地屏蔽不想要的散射光），或者像本专利技术优选实施例中所述的，在图像的处理和/或分析之后移除。通过使成像器具有包括不想要的散射光（这一点与已知装置相反，已知装置中成像器的方位和朝向设置为避免不想要的散射光）的视界，与已知设备相比，所述成像器可在相对于光束到达颗粒的方向而言更为靠前的方向上对经颗粒散射的光进行成像；由于更靠前的散射信号通常更强，且由于已通过探测系统移除了不想要的散射光或其效应，因此可得到散射光在图像上的更强的信号，其余的光或由此得到的信号可认为是基本一致的，因为视界照亮部分的颗粒进行了散射。因此，在分析图像或数据集、以从像素相关信号的全集中获取单个数据点的方法中，将信号集成在整个图像场上提供了比在未过滤不想要的光线效应时所获取的信噪比更高的信噪比，因此促进了噪音的产生。与现有技术的监测器相比，本专利技术的实施例在避免或改善由位于激光束路径的光学元件和烟道直接散射的光的有害效应的同时，还改善了尘埃含量低时的散射信号强度。经颗粒散射并穿过集光镜的光在与穿过颗粒的光束形成小于30度角的方向上散射。优选地，该角度小于20度、小于15度、小于10度、小于5度甚至小于1度。对整个散射场的成像可获取改善了的尘埃散射信号。该方法通过屏蔽或过滤掉不想要的光线来实现。光照亮颗粒的场无需一定要完全覆盖整个成像场，或者甚至无需完全覆盖大部分烟道区域。光束可在烟道的第一侧产生，并照向烟道的相对的第二侧，该方法还进一步包括朝烟道的第一侧并穿过烟道中的颗粒来将光束反射回。 光束可倾斜地穿过颗粒，以使成像器的不同区域接收经烟道不同范围的颗粒散射的光。所述方法可包括识别成像器的每一像素探测散射所处范围的步骤。成像器每一像素探测散射所处的范围可用来校准在成像器每一像素处测得的光强度，以计算颗粒沿烟道的分布。其可以是，通过集成成像器每一行或每一列的像素，以为每一行或每一列产生单个数据点来获取数据点的范围分辨集。因此，在另一种分析图像或数据集的方法中，单个数据点是通过例如仅集成来自成像器的数据矩阵中的每行或仅集成每列而产生的，这样，为每幅监测的图像中获取一个数据点的范围分辨集。在这种情形下，在算法中使用已知大小的实际照明光束，以将每一范围分辨的数据点规范至一个给定数值，该数值代表整个烟道的颗粒密度的数值。因此，可提供沿烟道斜弦的颗粒浓度分布的范围分辨测量值，例如，用于处理分析目的，或用于针对范围分辨或平均颗粒浓度的改进计算而进行的加权校准。所述方法可包括分析作为成像器上像素位置函数的散射光图像的步骤；其使得颗粒水平的测量值作为距离器械的距离的函数。因此，成像器的像素可以为范围分辨式的，以对颗粒水平如何沿烟道直径变化进行测量。从散射颗粒获取的、位于给定范围内的强度取决于散射的立体角度，该角度位于散射处的，面向成像器具体区域的成像物体。所述成像器可基于成像设备的几何光学而进行校准，为每一像素分配一个探测散射的范围。可对沿成像器每一像素获取的强度进行范围依赖性计算，以校正该取决于范围的形状，或可进行该计算以得出在整个范围上的范围加权平均值。所述方法可包括通过对图像中的光强度进行求和以分析图像中颗粒密度的步骤。所述方法可包括对图像中的光点进行计数的步骤。所述方法还可包括识别形态上分离的形状、以进行全部区域计算的步骤。所述形态分析涉及假定图像中要探测的形状为特定形式，例如，圆形，识别图像中的重叠形状、并计算每个形状的面积（不考虑这些形状的明显重叠）增加计算区域的面积得出了整个面积，其代表了对成像器要成像的光进行散射的、位于物体的平面上的全部颗粒。上述求和、计数和识别步骤在处理器的软件中进行，或在专门的硬件中进行。可使用能够防止不想要的散射光被成像器成像的实物罩来屏蔽不想要的散射光。可使用针对不想要的散射光的形状而定制的实物罩来屏蔽不想要的散射光，以防止其到达成像器。所述图像可具有图像空间（即，图像的二维坐标空间，加上一个或多个来自一个或多个其它参数的附加维度，例如，在每一坐标上的光强度）。另一例实物罩为具有一定形状的不透光材料，其位于形成成像器光学元件的一部分或全部光成像系统的任一透镜的傅里叶变换平面上。所述罩的形状可以是复杂的，且可在空间上对应于底层空间频率模式，该底层空间频率模式来自于形成于透镜的傅里叶变换平面上的不想要的散射。作为具有物理形状的不透明罩的替换例，通过使用虚拟罩可从图像中屏蔽不想要的散射光，即，通过过滤代表图像的、且是由成像器所产生的信号。所述虚拟罩可在硬件或软件中产生；所述虚拟罩可作用于位于分析列任何位置的、由所述成像器产生的信号。在使用虚拟罩的情形下，可以通过仅读出那些不含有不想要的散射光的图像的像素点来应用所述罩。在使用虚拟罩的情况下，所述罩可应本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.03.05 GB 1003704.21.一种用于监测烟道中的颗粒的方法，该方法包括：
在烟道的第一侧部处产生一束射向所述颗粒的光束；以及
通过使用成像器来获取经颗粒散射的光的图像，所述成像器包括集光镜，所述经颗粒散射的光穿过该聚光镜；
其特征在于，
不想要的散射光也穿过所述集光镜，且所述方法包括从所述图像中屏蔽掉已穿过集光镜的所述不想要的散射光的步骤。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，经颗粒散射并穿过集光镜的光的散射方向与光束穿过颗粒的方向形成小于30度的角。
3. 根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述光束产生于烟道的第一侧处，且照向烟道的与第一侧相对的第二侧，所述方法进一步包括朝烟道的第一侧反射回光束并穿过烟道中颗粒的步骤。
4. 根据以上任一项权利要求所述的方法，其特征在于，所述方法包括选自以下的一个或多个步骤：对整幅图中的光强度求和；对图中光点进行计数；或识别从形态上分离的形状，以进行全部区域的计算。
5. 根据以上任一项权利要求所述的方法，其特征在于，使用实物罩来屏蔽不想要的散射光，该实物罩防止成像器对不想要的散射光进行成像。
6. 根据权利要求1到4中任一项所述的方法，其特征在于，使用硬件或软件得到的虚拟罩来屏蔽所述不想要的散射光。
7. 根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述图像具有图像间距，所述罩应用在该图像间距上或参数间距上，所述参数间距通过对图像进行空间傅里叶变换而获得。
8. 根据权利要求6所述的方法，其特征在于，通过获取一系列图像并在时域对图像序列进行傅里叶变换而应用所述虚拟罩。
9. 根据权利要求8所述的方法，其特征在于，在应用傅里叶变换之前先对所述图像进行处理。
10. 根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述处理得到来自一图像序列的一系列数据点，且是对所得的一系列数据点进行傅里叶变换的。
11. 根据以上任一项权利要求所述的方法，其特征在于，为校正图像中的背景噪音，确定了参考场。
12. 根据以上任一项权利要求所述的方法，其特征在于，所述方法包括在监测烟道中颗粒的同时，监测图像中一个或多个未被散射光照亮的区域的步骤...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗杰·布拉德利·米林顿，大卫·克里斯多夫·尤妮特，
申请(专利权)人：PCME有限公司，
类型：
国别省市：