(57)【要約】【課題】光学センサを備えた改善されたシステム及び方法を提供すること。【解決手段】本発明の特定の実施形態は、燃焼制御用の光学センサを提供するシステム及び方法を含むことができる。本発明の例示的な実施形態によれば、ガスタービン燃焼器（１０２）に関連する燃焼パラメータを制御するための方法が提供される。本方法は、燃焼器（１０２）内の火炎領域（１０６）に隣接して少なくとも１つの光路を設ける段階と、少なくとも１つの光路内で火炎領域（１０６）からの発光の少なくとも一部を検出する段階と、検出された発光に少なくとも部分的に基づいて燃焼パラメータの少なくとも１つを制御する段階とを含むことができる。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスタービン燃焼器（１０２）に関連する燃焼パラメータを制御するための方法であって、
前記燃焼器（１０２）内の火炎領域（１０６）に隣接して少なくとも１つの光路を設ける段階と、
前記少なくとも１つの光路内で前記火炎領域（１０６）からの発光の少なくとも一部を検出する段階と、
前記検出された発光に少なくとも部分的に基づいて前記燃焼パラメータの少なくとも１つを制御する段階と、
を含む方法。
【請求項２】
前記少なくとも１つの光路内で前記火炎領域（１０６）からの発光の少なくとも一部を検出する段階が、前記発光を選択的に濾波して前記発光に関連するスペクトル情報を分離する段階を含む、
請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記燃焼器（１０２）内の火炎領域（１０６）に隣接して少なくとも１つの光路を設ける段階が、前記火炎領域（１０６）からの発光の少なくとも一部をイメージングするよう動作可能なレンズ（１１４）を設ける段階を含む、
請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記燃焼器（１０２）内の火炎領域（１０６）に隣接して少なくとも１つの光路を設ける段階が、前記光路に関連する少なくとも視野を可変的に調整するよう動作可能な移動可能レンズ（１１４）を設ける段階を含む、
請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記少なくとも１つの光路内で前記火炎領域（１０６）からの発光の少なくとも一部を検出する段階が、前記光の少なくとも一部を第１のフィルタ（１１８）で濾波し、濾波した前記第１の光の少なくとも一部を少なくとも１つの第１の光学検出器（１２２）を用いて検出する段階を含む、
請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記少なくとも１つの光路内で前記火炎領域（１０６）からの発光の少なくとも一部を検出する段階が、前記光の少なくとも一部を前記第１のフィルタ（１１８）と異なる第２のフィルタ（１２０）で濾波し、濾波した前記第２の光の少なくとも一部を少なくとも１つの第２の光学検出器（１２４）を用いて検出する段階を含む、
請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記燃焼パラメータの少なくとも１つの制御が、前記少なくとも１つの第１の光学検出器（１２２）及び前記少なくとも１つの第２の光学検出器（１２４）からの信号に部分的に基づいている、
請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記検出された発光に部分的に基づいた前記燃焼パラメータの少なくとも１つの制御が、燃料流量、燃料流分布、空燃比、燃焼火炎振動、燃焼火炎消火、放熱比、又は火炎温度のうちの少なくとも１つを制御することを含む、
請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記燃焼器（１０２）内の火炎領域（１０６）に隣接して少なくとも１つの光路を設ける段階が、前記光路を空間的に分離するためのビームスプリッタ（１１６）を設ける段階を含む、
請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
ガスタービン燃焼器（１０２）に関連する燃焼パラメータを制御するためのシステムであって、
前記燃焼器（１０２）内の火炎領域（１０６）に隣接した少なくとも１つの光学ポート（１１２）と、
前記少なくとも１つの光学ポート（１１２）と連通し、前記火炎領域（１０６）からの発光の少なくとも一部を検出するよう動作可能な１つ又はそれ以上の光学検出器（１２２、１２４）と、
前記１つ又はそれ以上の光学検出器（１２２、１２４）からの１つ又はそれ以上の信号に少なくとも部分的に基づいて１つ又はそれ以上の燃焼パラメータを制御するよう動作可能な少なくとも１つの制御デバイス（１２８）と、
を備えるシステム。
【請求項１１】
前記発光に関連するスペクトル情報を分離するよう動作可能な１つ又はそれ以上の光学フィルタ（１２０、１２２）を更に備える、
請求項１０に記載のシステム。
【請求項１２】
前記火炎領域（１０６）からの発光の少なくとも一部をイメージングするよう動作可能な少なくとも１つのレンズ（１１４）を更に備える、
請求項１０に記載のシステム。
【請求項１３】
前記少なくとも１つのレンズ（１１４）が、前記光路に関連する少なくとも視野を可変的に調整するよう動作可能な移動可能レンズ（１１４）を含む、
請求項１２に記載のシステム。
【請求項１４】
少なくとも１つの第１の光学検出器（１２２）と連通した少なくとも１つの第１の光学フィルタ（１１８）を更に備える、
請求項１０に記載のシステム。
【請求項１５】
少なくとも１つの第２の光学検出器（１２４）と連通した少なくとも１つの第２の光学フィルタ（１２０）を更に備える、
請求項１４に記載のシステム。
【請求項１６】
前記少なくとも１つの制御デバイス（１２８）が、前記少なくとも１つの第１の光学検出器（１２２）及び前記少なくとも１つの第２の光学検出器（１２４）からの信号に少なくとも部分的に基づいて１つ又はそれ以上の燃焼パラメータを制御するよう動作可能である、
請求項１５に記載のシステム。
【請求項１７】
前記１つ又はそれ以上の燃焼パラメータを制御するよう動作可能な前記少なくとも１つの制御デバイス（１２８）が、燃料流量、燃料流分布、空燃比、燃焼火炎振動、燃焼火炎消火、放熱比、又は火炎温度のうちの少なくとも１つを制御するよう動作可能である、
請求項１０に記載のシステム。
【請求項１８】
前記火炎領域（１０６）からの発光を空間的に分離するよう動作可能な少なくとも１つのビームスプリッタ（１１６）を更に備える、
請求項１０に記載のシステム。
【請求項１９】
前記１つ又はそれ以上の光学検出器（１２２、１２４）が、紫外スペクトルの少なくとも一部に応答する、
請求項１０に記載のシステム。
【請求項２０】
ガスタービンにおいて、
燃焼器（１０２）と、
前記燃焼器（１０２）内の火炎領域（１０６）に隣接した少なくとも１つの光学ポート（１１２）と、
前記少なくとも１つの光学ポート（１１２）と連通し、前記火炎領域（１０６）からの発光の少なくとも一部を検出するよう動作可能な１つ又はそれ以上の光学検出器（１２２、１２４）と、
前記１つ又はそれ以上の光学検出器（１２２、１２４）からの１つ又はそれ以上の信号に少なくとも部分的に基づいて１つ又はそれ以上の燃焼パラメータを制御するよう動作可能な少なくとも１つの制御デバイス（１２８）と、
を備えるガスタービン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、全体的にセンサに関し、より詳細には、燃焼制御用の光学センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
最新の産業用ガスタービンは、高効率でエネルギーを変換すると同時に、生成される汚染エミッションを最小限にすることが求められる。しかしながら、高い効率は、一般に、燃焼室内のガス温度全体を上昇させることで達成されるが、窒素酸化物などの汚染物質は、典型的には最大ガス温度を下げることで低減されるので、これら２つの要件は互いに相反するものである。最大ガス温度は、燃焼室内の希薄燃料空気混合比を維持することによって低減することができるが、燃料／空気混合気が過度に希薄である場合、燃料の不完全燃焼により、過剰な一酸化炭素及び未燃炭化水素が生成される場合がある。従って、反応ゾーンの温度は、完全燃焼を維持するのに十分でなければならない。
【０００３】
高効率とエミッション低減の競合する要求のバランスをとるためには、燃焼器の反応ゾーンにおいて燃料／空気混合気を調整するために極めて高精度の制御が必要となる。種々の燃焼パラメータを監視し、燃料システムを制御するための入力として測定されたパラメータを用いることによって燃料／空気混合気を制御するシステムが提案されてきた。例えば、１つの従来のシステムは、燃料流量、圧力レベル、及び吐出排気温度分布が燃料トリム制御バルブを設定するための入力として利用される制御システムを含む。
【０００４】
燃焼ダイナミックスを制御するための他の技術は、燃焼バーナー火炎からの発光を測定し、測定した信号を用いて特定の燃焼パラメータを制御することを含む。例えば、１つの従来のシステムは、炭化ケイ素フォトダイオードを利用して、紫外線放射強度を測定することによって燃焼火炎温度を検知する閉ループフィードバックシステムを用いている。検知される紫外放射線を利用して、燃料混合気の燃料／空気比率を制御し、窒素酸化物の所望の低レベルに関連付けられる所定レベルを下回って火炎温度を維持する。
【０００５】
他の従来のシステムは、燃焼領域から検出器まで光を集めて伝送するために光ファイバーを使用することができる。更に他の従来のシステムは、ビデオカメラを用いて主として火炎の画像を取り込み、火炎の存在の有無を監視することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第７，４８９，８３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
光学センサを提供する改善されたシステム及び方法の必要性が依然としてある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の必要性の一部又は全ては、本発明の特定の実施形態によって対処することができる。本発明の特定の実施形態は、燃焼制御用の光学センサを提供するシステム及び方法を含むことができる。
【０００９】
本発明の例示的な実施形態によれば、ガスタービン燃焼器に関連する燃焼パラメータを制御するための方法が提供される。本方法は、燃焼器内の火炎領域に隣接して少なくとも１つの光路を設ける段階と、少なくとも１つの光路内で火炎領域からの発光の少なくとも一部を検出する段階と、検出された発光に少なくとも部分的に基づいて燃焼パラメータの少なくとも１つを制御する段階とを含むことができる。
【００１０】
別の例示的な実施形態によれば、ガスタービン燃焼器に関連する燃焼パラメータを制御するためのシステムが提供される。本システムは、燃焼器内の火炎領域に隣接した少なくとも１つの光学ポートと、少なくとも１つの光学ポートと連通し、火炎領域からの発光の少なくとも一部を検出するよう動作可能な１つ又はそれ以上の光学検出器と、１つ又はそれ以上の光学検出器からの１つ又はそれ以上の信号に少なくとも部分的に基づいて１つ又はそれ以上の燃焼パラメータを制御するよう動作可能な少なくとも１つの制御デバイスと、
を含むことができる。
【００１１】
更に別の例示的な実施形態によれば、ガスタービンが提供される。ガスタービンは、燃焼器と、燃焼器内の火炎領域に隣接した少なくとも１つの光学ポートと、少なくとも１つの光学ポートと連通し、火炎領域からの発光の少なくとも一部を検出するよう動作可能な１つ又はそれ以上の光学検出器と、１つ又はそれ以上の光学検出器からの１つ又はそれ以上の信号に少なくとも部分的に基づいて１つ又はそれ以上の燃焼パラメータを制御するよう動作可能な少なくとも１つの制御デバイスと、を含むことができる。
【００１２】
本発明の他の実施形態及び態様は、本明細書で詳細に説明され、請求項に記載された発明の一部とみなされる。他の実施形態及び態様は、明細書及び図面を参照すると理解することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の例示的な実施形態による、タービン燃焼器の火炎領域と連通した例示的な光学センサの図。
【図２】燃焼器の１つの火炎領域から主に収集されるようにレンズが位置付けられた、本発明の狭視野の例示的な実施形態による、光学センサイメージングシステムの図。
【図３】燃焼器の複数の火炎領域から主に収集されるようにレンズが位置付けられた、本発明の広視野の例示的な実施形態による、光学センサイメージングシステムの図。
【図４】本発明の例示的な実施形態による、火炎燃焼パラメータを測定するための例示的な方法のフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
ここで、必ずしも縮尺通りではない添付図面を参照する。
【００１５】
本発明の実施形態が示された添付図面を参照しながら、以下で本発明の実施形態をより詳細に説明する。しかしながら、本発明は、多くの異なる形態で具現化することができ、本明細書で記載される実施形態に限定されるものと解釈すべきではなく、むしろ、これらの実施形態は、本開示を全体にわたって完全に理解され、当業者に本発明の範囲を十分に伝わるように提供される。同じ参照符号は全体を通じて同様の要素を指す。
【００１６】
本発明の１つの実施形態は、燃焼器バーナー火炎からの空間的、時間的、及び／又はスペクトル発光を検出することによって、タービン燃焼器において燃焼パラメータを測定できるようにする。本発明の実施形態によれば、測定された燃焼パラメータを利用して、限定ではないが、燃料流量、燃料／空気比率、及び燃料流れ分布を含む、燃焼器の種々のパラメータを制御し、窒素酸化物エミッション、動圧振動、及び燃料効率を最適化することができる。
【００１７】
本発明の例示的な実施形態によれば、燃焼器内の１つ又はそれ以上の火炎からの化学発光は、光学検出器を用いて監視することができる。光エネルギー放出は、スペクトル的に濾波し、ＯＨ＊、ＣＨ＊、Ｃ２＊、及びＣＯ２＊などの特定の励起状態の化学種からの全発光の部分分布を識別することができる。これらの測定信号の比率は、燃空比、発熱率、及び温度に相関付けることができる。例示的な実施形態によれば、光学検出器からの時間分解された出力を分析して、燃焼に関連する非定常現象を明らかにすることができ、該時間分解出力を用いて、燃焼音響振動（燃焼ダイナミックス）、初期火炎ブローアウト、及び火炎消火を示すことができる。加えて、出力信号は、閉ループ燃焼制御システムで使用するフィードバックとして用いることができる。次に、本発明の実施形態による、燃焼制御用途における種々のセンサオプション及び構成を添付図を参照しながら説明する。
【００１８】
図１は、本発明の例示的な実施形態による、ガスタービン燃焼器に関連する燃焼パラメータを制御するための火炎センサ及び制御システム１００を備えた例示的な缶型燃焼器を示している。火炎センサ構成部品は、缶型燃焼器１０２に隣接して配置又は装着することができ、缶型燃焼器１０２の火炎領域１０６近傍で缶型燃焼器１０２内の火炎１０４からの発光を選択的に検出することができる。バーナー火炎１０４の少なくとも一部のからの発光は、缶型燃焼器１０２の側壁内の光学ポート１１２を通過することができ、１つ又はそれ以上のレンズ１１４により合焦、イメージング、又は変換することができる。本発明の例示的な実施形態によれば、１つ又はそれ以上のレンズ１１４は、図２及び３を参照して以下で検討するように、光学系の視野を変えるために移動可能にすることができる。
【００１９】
本発明の例示的な実施形態に従い、更に図１を引き続き参照すると、火炎１０４からの光の強度を制御するためにレンズ１１４に隣接してアパーチャ１３０を配置することができる。アパーチャ１３０はまた、光学系の被写界深度を調節するのに利用することができる。本発明の例示的な実施形態によれば、バーナー火炎１０４からの光のスペクトルの一部は、第１の光学フィルタ１１８により第１の光学検出器１２２に到達する前に濾波され、光学スペクトルの狭帯域部分における光学的放射線を生成する特定の励起状態化学種からの全発光の部分分布を識別するのを助けることができる。本発明の例示的な実施形態によれば、光学検出器１２２は、関心のある波長スペクトルウィンドウ内の応答用に選択することができる。例えば、炭化ケイ素（ＳｉＣ）光検出器は、波長スペクトルの紫外部に対する感度が高い理由から選択される場合があり、従って、３００ｎｍ波長範囲において励起状態ＯＨ＊ラジカルからの放射を検知するのに好適とすることができる。ＯＨ＊放射は、化学反応強度（放熱）の１次指標とすることができ、従って、３００ｎｍ領域の波長を用いて、ガス温度を求めることができる。別の実施形態によれば、シリコン（Ｓｉ）フォト検出器は、ＣＨ＊（約４３０ｎｍ）及びＣ２＊（約５１４ｎｍ）を含む、４００から１０００ｎｍスペクトルの化学種からの放射を監視するのに利用することができる。これらの火炎ラジカルは、予混合火炎における放熱及び局所燃空比に比例することが分かっている。
【００２０】
本発明の例示的な実施形態によれば、ビームスプリッタ１１６を利用して、発光の一部を第２の光学フィルタ１２０を介して第２の光学検出器１２４に再配向することができる。第１の光学フィルタ１１８及び第２の光学フィルタ１２０のスペクトル透過特性は、関心が低い励起状態化学種からの干渉背景放射を部分的に排除しながら、特定の励起状態化学種の比を高精度で測定できるように選択することができる。１つの例示的な実施形態によれば、第１の光学フィルタ１１８及び第２の光学フィルタ１２０は、交換可能、固定可能、又は調整可能とすることができる。例示的な実施形態によれば、光学フィルタ１１８、１２０は、狭帯域フィルタとすることができる。ファブリ・ペロー又は２色性光学フィルタは、特定の波長帯を伝送し且つ帯域外波長を減衰又は反射するのに利用することができる
タイプのフィルタの実施例である。
【００２１】
同様に図１には、検出器電子機器１２６及び燃焼制御システム１２８を表すブロックが図示されている。例示的な実施形態によれば、検出器電子機器１２６は、光学検出器１２２、１２４からの信号を調整、増幅、濾波、及び処理するよう動作可能にすることができる。検出器電子機器１２６はまた、アパーチャ１３０の直径の調整及び／又はレンズ１１４の位置決めの制御を可能にすることができる。検出器電子機器からの出力信号は、燃焼制御システム１２８の制御信号として用いることができる。例えば、本発明の実施形態によれば、ＣＨとＯＨの化学発光の測定値（ＣＨ＊／ＯＨ＊）は、燃焼制御システム１２８においてフィードバックとして利用することができ、更に、燃料／空気比率を動的に調整する制御を可能にすることができる。
【００２２】
図２は、本発明の実施形態による、燃焼ゾーン及び狭視野火炎イメージング及びセンサシステム２００の端面図を示している。明確にするために、ビームスプリッタ１１６、第２の光学検出器１２４、及び第１及び第２の光学フィルタ１１８、１２０は、この図からは省略されている。例示的な実施形態によれば、バーナー火炎１０４からの発光の一部は、光学検出器１２２の表面上でイメージングすることができる。例示的な実施形態において、火炎物２０８は、画像平面２０４にてイメージングされ、火炎画像をもたらすことができる。例示的な実施形態において、画像平面２０４にある光学検出器１２２は、有限の検知区域を有する単一の検知要素を含むことができ、従って、センサ区域上にイメージングされる光学的放射線は、検出器に入射する光学エネルギー全体の総和に比例した出力信号を生成することができる。薄型レンズの光学イメージング理論によれば、レンズ１１４の配置、光学検出器１２２の幅、レンズ１１４の焦点距離ｆ  ２０２、物体距離２１２、及び像距離２１４を含む因子を組み合わせることにより、視野を決定することができる。物体距離ｄ０２１２、像距離ｄｉ２１４、及びレンズの焦点距離ｆ間の近似関係は、
１／ｄ０＋１／ｄｉ＝１／ｆ
で表すことができる。画像倍率は次式で表すことができる。
Ｍ＝−ｄｉ／ｄ０
ここで、マイナスの符号は、画像が光軸２１６に対して反転されていることを示している。
【００２３】
図２は、例示的な狭視野の実施形態を示しており、ここで、焦点距離ｆを有するレンズ１１４は、画像平面２０４からの像距離２１４にある第１の例示的な位置に配置され、この画像平面２０４は、光学検出器１２２の表面に一致する。この例示的な構成において、物体平面２０６に位置付けられる火炎物２０８は、画像平面２０４で火炎画像２１０を生成する。図示の例示的な構成はまた、イメージングされなかったバーナー火炎１０４からの光の小部分を光学検出器１２２に入射させることができるが、検出器によって生成される出力信号の大半は、検出器のアクティブ区域に衝突するイメージングされた火炎２１０の一部に関連付けられることになる。本発明の例示的な実施形態において、検出器は、画像平面に沿って移動可能にされて、様々なバーナー火炎１０４領域を検出用に選択できるように、調整することができる。
【００２４】
本発明の例示的な実施形態によれば、固定又は調整可能なアパーチャ（図示せず）が検出器に隣接して配置され、光学検出器１２２に入射する可能性のある火炎画像２１０の不要部分を制限することができる。固定又は調整可能なアパーチャは、画像平面２０４に平行に移動し、検出器を用いて検知するためにバーナー火炎画像の領域を選択的に伝送し、これにより、検出器を移動させて、検出用に様々なバーナー火炎１０４領域を選択可能にする代替手段を提供することができる。本発明の例示的な実施形態によれば、複数の検出器を画像平面２０４で利用して、バーナー火炎１０４の空間的に分離された領域を同時に検出又は監視することができる。
【００２５】
図３は、本発明の例示的な実施形態による、燃焼ゾーン広視野火炎イメージング及びセンサシステム３００の端面図を示している。ビームスプリッタ１１６、第２の光学検出器１２４、並びに第１及び第２の光学フィルタ１１８、１２０は、明確にするためにこの図からは省略されている。この例示的な図において、移動可能レンズ１１４は、図２に示す図に比べ、光学検出器１２２及び画像平面により近接して位置付けられる。光学検出器１２２に近接してレンズ１１４を移動させる影響の１つは、画像平面２０４と物体平面２０６との間の距離が、薄型レンズの式  １／ｄ０＋１／ｄｉ＝１／ｆに近似的に従って増大する可能性があることである。光学検出器１２２に近接してレンズ１１４を移動させる別の影響は、火炎画像２１０のサイズが、倍率Ｍ＝−ｄｉ／ｄ０に近似的に従って減少する可能性があることである。従って、イメージングシステムの幾何形状、レンズ１１４の位置決め、及び光学検出器１２２の区域に応じて、光学検出器１２２に入射する火炎画像２１０は、複数のバーナー火炎物２０８の画像を含むことができる。よって、移動可能レンズ１１４の位置決めを検出器に向けて調整することにより、イメージングシステムは、複数の燃焼器火炎１０４からの発光（すなわち、図３に示すような広視野の実施形態）を選択的に収集しイメージングすることができる。反対に、移動可能レンズ１１４の位置決めを検出器から離れて調整することにより、イメージングシステムは、主として単一の燃焼器火炎１０４からの発光（すなわち、図２に示す狭視野の実施形態）を選択的に収集しイメージングすることができる。
【００２６】
例示的な実施形態によれば、光学検出器１２２、１２４は、１次燃焼パラメータの１又は２次元表現を測定するよう選択することができる。例えば、光学検出器１２２、１２４は、単一の検知要素ではなく、アレイを含むことができる。従って、アレイは、デジタルカメラシステムと同様に、２次元グリッドにわたって火炎画像を取り込むことができる。このようなアレイの実施例は、限定ではないが、電荷結合素子（ＣＣＤ）、相補型金属酸化物半導体（ＣＭＯＳ）アレイ、及びインジウム・ガリウム・砒素（ＩｎＧａＡｓ）アレイを含むことができる。
【００２７】
次に、燃焼特性の制御で使用する火炎パラメータを測定するための例示的な方法について、図４のフローチャート４００を参照しながら説明する。本発明の例示的な実施形態に従って、ブロック４０２で始まり、タービン缶型燃焼器（１０２など）の本体において少なくとも１つの光学ポート（１１２など）を火炎領域（１０６など）に隣接して設けることができる。光学ポートは、クオーツ、サファイア、又は関心のある波長に適切な低損失及び伝送帯域幅を有する他の好適な材料など、高耐熱性の光学的に透明な材料から構成することができる。バーナー火炎（１０４など）からの発光は、光学ポート１１２を介して缶型燃焼器１０２の外部に位置する残りの光学システムに伝送することができ、ここで、断熱、冷却、その他を用いて光学素子、検出器、並びに関連の電子機器及びハードウェアを保護することができる。
【００２８】
ブロック４０４において、本発明の例示的な実施形態によれば、光学システムは、光学ポート（１１２など）に隣接した可変アパーチャ（１３０など）を含むことができる。可変アパーチャ１３０は、手動で調整することができ、或いは、アパーチャ開口の直径を電気的に制御して光学検出器（１２２、１２４など）に到達する光の全入射量を調節することができるように、電動にすることができる。また、可変アパーチャ１３０を用いて、光学イメージングシステムの被写界深度を制御することができる。１つの例示的な実施形態によれば、可変アパーチャ１３０は、光学ポート１１２に隣接して装着することができる。光学イメージングシステムは更に、可変アパーチャ１３０に隣接した調整可能又は移動可能レンズ（１１４など）又はレンズシステムと、関心のあるバーナー火炎（１０４など）の発光スペクトルの少なくとも一部に応答する少なくとも１つの光学検出器１２２と、光学検出器１２２より前の光路にあり、バーナー火炎１０４の発光スペクトルの少なくとも一部を光学検出器１２２に選択的に伝送するよう動作可能な少なくとも１つの光学フィルタ（１１８など）とを備えることができる。
【００２９】
決定ブロック４０６は、光学イメージングシステムが利用可能な２つの設定：すなわち、広視野及び狭視野を図示している。例示的な実施形態によれば、二元（広い又は狭い）設定は、光路に沿った適切な位置への固定レンズの挿入又は取り外しを選択的に行うことによって達成することができる。しかしながら、別の例示的な実施形態によれば、レンズ（１１４など）は移動可能にすることができ、従って、視野も可変にすることができ、最大広視野及最狭視野設定の間の何れかの中間設定で要望に応じて設定することができる。
【００３０】
ブロック４０８において、光学イメージングシステムは、例えば、レンズ（１１４など）と光学検出器（１２２など）との間の距離をレンズ１１４のほぼ焦点距離ｆ  ２０２（図３に示すような）であるように調整することによって、広視野を含むように設定することができる。
【００３１】
ブロック４１０において、光学イメージングシステムは、例えば、レンズ１１４と光学検出器１２２との間の距離をレンズ１１４の焦点距離ｆ  ２０２（図３に示すような）のほぼ２倍であるように調整することによって、狭視野を含むように設定することができる。物理的な制約によりレンズ１１４の実際の移動が制限される可能性があり、従って、本発明は、開示された特定の実施形態に限定されるものではなく、本発明の実施形態に従って追加のレンズ手法を利用できる点は理解されたい。
【００３２】
ブロック４１２は、関心のある２つ又はそれ以上の波長を同時に測定及び関連付けるために任意選択のレシオメトリック技術を利用することができる。例示的な実施形態によれば、レシオメトリック測定技術は、図１に示すように、ビームスプリッタ１１６、第１の光学フィルタ１１８、第１の光学検出器１２２、第２の光学フィルタ１２０、及び第２の光学検出器１２４を設けることにより達成することができる。１つの例示的な実施形態において、レシオメトリック測定は、第１の光学フィルタ１１８及び第１の光学検出器１２２を利用して１つの励起化学種（例えば、４２５ｎｍ近傍のＣＨ＊）からの発光応答を選択的に測定し、更に、第２の光学フィルタ１２０及び第２の光学検出器１２４を用いて別の励起化学種（例えば、３１０ｎｍ近傍のＯＨ＊）の応答を同時に測定することにより達成することができる。レシオメトリック測定は、例えば、ＣＨ＊の応答をＯＨ＊の応答で除算することにより達成することができる。比ＣＨ＊／ＯＨ＊は、多くの燃焼特性に関連付けられた万能関数である等量比（ψ）に関連しているように図示されている。レシオメトリック測定技術の他の１つの態様は、各検出器に共通するバックグラウンド放射線が排除され、これにより信号対ノイズ比を向上させることができる。
【００３３】
ブロック４１４では、例示的な実施形態によれば、燃焼火炎特性を測定することができる。この特性は、発光スペクトル、時間変動、火炎画像、又はこれらの特性の組み合わせを含むことができる。測定は、スペクトル及び時間変動情報を含むことができる。例えば、火炎発光スペクトルの一部は濾波により選択することができ、濾波された発光は、１つ又はそれ以上の光学検出器１２２、１２４に入射し、更に、時間変動信号を生成することができ、これらの信号は、測定値から燃焼パラメータを抽出するのにブロック４１６で利用することができる。抽出された燃焼パラメータは、ブロック４１８で使用して、本発明の実施形態による他の方法を用いた燃焼特性の制御及び最適化を行うことができる。例えば、抽出された燃焼パラメータは、燃料流量、燃空比、バーナー間の燃料分布、その他を調整するためのフィードバック制御ループで利用することができる。
【００３４】
上述の説明及び関連する図面において提示された教示の利点を有する本発明が関連する当業者であれば、本発明の多くの修正形態及び他の実施形態が想起されるであろう。従って、本発明は開示された特定の実施形態に限定されるものではなく、他の実施形態が添付の請求項の範囲内に含まれるものとする点を理解されたい。本明細書では特定の用語を使用しているが、これらは、専ら一般的で記述的な意味で使用しており、限定するためのものではない。
【符号の説明】
【００３５】
１００  火炎センサ及び制御システムを備えた缶型燃焼器
１０２  缶型燃焼器
１０４  火炎
１０６  火炎領域
１１２  光学ポート
１１４  レンズ
１１６  ビームスプリッタ
１１８  第１の光学フィルタ
１２０  第２の光学フィルタ
１２２  第１の光学検出器
１２４  第２の光学検出器
１２６  検出器電子機器
１２８  燃焼制御システム
１３０  アパーチャ
２００  狭視野火炎イメージング及びセンサシステム
２０２  レンズの焦点距離
２０４  画像平面
２０６  物体平面
２０８  火炎物
２１０  火炎画像
２１２  物体距離
２１４  像距離
２１６  光軸
３００  広視野火炎イメージング及びセンサシステム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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