(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、燃焼制御用の光学調査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、ガスタービン燃焼器（１０２）を通る光路（２０４）を設ける段階と、光路（２０４）に沿って光を伝播させる段階と、ガスタービン燃焼器（１０２）内で光の吸収を測定する段階と、測定された吸収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、
前記ガスタービン燃焼器（１０２）を通る光路（２０４）を設ける段階と、
前記光路（２０４）に沿って光を伝播させる段階と、
前記ガスタービン燃焼器（１０２）内で光の吸収を測定する段階と、
前記測定された吸収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】
前記光路（２０４）を設ける段階が、入力光が来ポート（１１８）、出力光学ポート（１２０）、及び少なくとも１つの光検出器（１２６）を設ける段階を含む、
請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記光路（２０４）に沿って光を伝播させる段階が、光源（１１１）、光導波路（１１４）、及びコリメータ（１１６）を設けて、前記光路（２０４）に沿って前記光源（１１１）から光を配向するようにする段階を含む、
請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記光路（２０４）に沿って光を伝播させる段階が、前記光に関連するスペクトル情報を分離するために少なくとも１つのグレーティング（２０８、２１０）又はフィルタ（２１５）を設ける段階を含む、
請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記光路（２０４）に沿って光を伝播させる段階が、吸収測定のため狭帯域光学放射線を伝播させる段階を含む、
請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記光路（２０４）に沿って光を伝播させる段階が、吸収スペクトルの測定のために約２２５ナノメートルと約３ミクロンとの間の波長範囲内で波長可変の光を伝播させる段階を含む、
請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記光路（２０４）に沿って光を伝播させる段階が、吸収スペクトルの測定のために広帯域光学放射線を伝播させる段階を含む、
請求項１に記載の方法。
【請求項８】
光の一部に関連する少なくとも１つの正規化信号を測定する段階と、
前記少なくとも１つの正規化信号に少なくとも部分的に基づいて前記ガスタービン燃焼器（１０２）内の光の吸収を測定する段階と、
を更に含む、
請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記測定吸収及び少なくとも１つの正規化信号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つを制御する段階を更に含む、
請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記燃焼パラメータが、燃料流量、燃料流分布、又は空燃比の少なくとも１つを含む、
請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
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、
前記ガスタービン燃焼器（１０２）を通って光路（２０４）と連通する少なくとも１つの光検出器（１２６）と、
前記光路（２０４）に沿って光を前記少なくとも１つの光検出器（１２６）に伝播させるよう動作可能な少なくとも１つの光源（１１１）と、
前記少なくとも１つの光検出器（１２６）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前記燃焼パラメータの少なくとも１つを制御するよう動作可能な制御デバイス（１３０）と、
を備えるシステム。
【請求項１２】
前記光路（２０４）が、入力光学ポート（１１８）及び出力光学ポート（１２０）を含む、
請求項１１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記光路（２０４）が、光導波路（１１４）と、前記光路（２０４）に沿った前記少なくとも１つの光源（１１１）から光を配向するためのコリメータ（１１６）とを含む、
請求項１１に記載のシステム。
【請求項１４】
前記光路（２０４）が、前記光に関連するスペクトル情報を分離するための少なくとも１つのグレーティング（２０８、２１０）又はフィルタ（２１５）を含む、
請求項１１に記載のシステム。
【請求項１５】
前記少なくとも１つの光源（１１１）が、吸収測定のための狭帯域光放射線源を含む、
請求項１１に記載のシステム。
【請求項１６】
前記少なくとも１つの光源（１１１）が、吸収スペクトルの測定のために約２２５ナノメートルと約３ミクロンとの間の波長範囲を有する波長可変光源を含む、
請求項１１に記載のシステム。
【請求項１７】
前記少なくとも１つの光源（１１１）が、吸収スペクトルの測定のために広帯域光放射線源を含む、
請求項１１に記載のシステム。
【請求項１８】
前記１つ又はそれ以上の光源（１１１）に関連する少なくとも１つの正規化信号を測定するよう動作可能な１つ又はそれ以上の光検出器（１２６）と、
前記少なくとも１つの正規化信号に少なくとも部分的に基づいて前記ガスタービン燃焼器（１０２）内の光吸収を測定するよう動作可能な１つ又はそれ以上の光検出器（２１４）と、
を更に備える、
請求項１１に記載のシステム。
【請求項１９】
測定された吸収及び少なくとも１つの正規化信号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つを制御するよう動作可能な少なくとも１つの制御デバイス（１３０）を更に備える、
請求項１８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）を通って光路（２０４）と連通する少なくとも１つの光検出器（１２６）と、
前記光路（２０４）に沿って光を前記少なくとも１つの光検出器（１２６）に伝播させるよう動作可能な少なくとも１つの光源（１１１）と、
前記少なくとも１つの光検出器（１２６）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（１３０）と、
を備え、
前記１つ又はそれ以上の信号が少なくとも吸収信号を含む、
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、燃焼制御用の光学統合センサに関する。
【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。他の運転上の問題は、不安定な負荷移行及び燃焼ダイナミックスとしても知られる燃焼不安定性を含む、リーン燃焼で運転しているときに表出する。従って、燃料／空気混合気及び反応ゾーンの
温度は、完全燃焼を維持するよう制御されなければならない。
【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。
【０００６】
質量流束検知技術がタービン用に提案されている。例えば、レーザベースのＤｏｐｐｌｅｒシフト測定システムは、タービン空気入口ダクトの空気流量を求めるのに用いることができ、更に、異なる周波数の２つの光発生器（レーザ）による吸収特性を比較することにより静温度を測定する類似のシステムが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【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】
【０００８】
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】
【０００９】
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、燃焼制御用の光学調査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。
【００１０】
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、ガスタービン燃焼器を通る光路を設ける段階と、光路に沿って光を伝播させる段階と、ガスタービン燃焼器内で光の吸収を測定する段階と、測定された吸収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ことができる。
【００１１】
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、ガスタービン燃焼器を通って光路と連通する少なくとも１つの光検出器と、光路に沿って光を少なくとも１つの光検出器に伝播させるよう動作可能な少なくとも１つの光源と、少なくとも１つの光検出器からの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燃焼パラメータの少なくとも１つを制御するよう動作可能な制御デバイスとを含むことができる。
【００１２】
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、燃焼器を通って光路と連通する少なくとも１つの光検出器と、光路に沿って光を少なくとも１つの光検出器に伝播させるよう動作可能な少なくとも１つの光源と、少なくとも１つの光検出器からの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、１つ又はそれ以上の信号は少なくとも吸収信号を備える。
【００１３】
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】
【００１４】
【図１】本発明の例示的な実施形態による、タービン燃焼器と連通した光学調査システムの図。
【図２ａ】本発明の例示的な実施形態による、燃焼器及び光学調査システムの端面図。
【図２ｂ】本発明の例示的な実施形態による、検出前に波長を空間的に分離するための透過回折グレーティング及び検出器アレイの図。
【図２ｃ】本発明の例示的な実施形態による、検出前に波長を空間的に分離するための反射回折グレーティング及び検出器アレイの図。
【図３】本発明の例示的な実施形態による、タービン燃焼器内で吸収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】
【００１５】
ここで、必ずしも縮尺通りではない添付図面を参照する。
【００１６】
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。
【００１７】
本発明の１つの実施形態は、光を用いて燃焼器をプロ−ビング又は調査して、関心のある領域を光が通過した後の光の時間的及び／又はスペクトル減衰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。
【００１８】
例示的な実施形態によれば、光吸収の原理を利用することにより、燃焼器内で特定の化学種を監視及び制御することができる。例示的な実施形態によれば、燃焼器を介して開始される光を測定し、光のスペクトル及び／又は時間的減衰により、燃焼器内の特定に化学種の存在及び濃度を求めることができる。例示的な実施形態によれば、スペクトル分解光吸収を用いて、Ｈ２Ｏ、ＣＨ４、ＣＯ、ＣＯ２、Ｃ２、ＣＨ、ＯＨ、及びＮＯを含む、化学種を識別することができる。測定信号は、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）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。
【００１９】
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１０２に関連する燃焼パラメータを制御するための調査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。調査センサ構成部品は、缶型燃焼器１０２に隣接して配置又は装着することができ、例えば、空気／燃料領域１０８又はその近傍の缶型燃焼器１０２内、或いは、缶型燃焼器１０２の火炎後（もしくは排気）領域１１０内の領域を選択的に調査することができる。図１は、１つが空気／燃料領域１０８近傍で、もう１つが火炎後領域１１０である、２つの例示的な配置及び実施形態を示している。１つ又はそれ以上のこのようなシステムは、本発明の範囲から逸脱することなく燃焼システム内の何れかの好適な位置に配置することができる。
【００２０】
本発明の例示的な実施形態によれば、光源コントローラ１１２の制御下にある光源１１１は、燃焼器の調査のための光を発生することができる。発生した光は、一連の光学構成部品を介して燃焼器１０２チャンバの内部を伝播することができる。例示的な実施形態によれば、光源１１１により発生した光は、光ファイバーなどの導波管１１４内に結合されて、燃焼器１０２の適切な入口領域に好都合に配管される。例示的な実施形態によれば、導波管１１４から伝播する光は、発散を生じる場合があり、更に、拡散又は発散光ビーム１１７を生じ、レンズ１１６又は凹面鏡によりコリメートされて、コリメート光学ビーム１１９を生成することができる。別の実施形態によれば、光源により生成される光は（特に、光源により既にコリメートされている場合）、自由空間を通って進むことができ、直接、或いは反射鏡又は仲介光学素子を介して燃焼器１０２の適切な入口領域に到達することができる。コリメート光学ビーム１１９は、入力光学ポート１１８を介して燃焼器１０２に流入することができる。入力光学ポート１１８及び出力光学ポート１２０がタービン缶型燃焼器１０２の本体に設けられ、光学エネルギーが燃焼器１０２を通過可能にすることができる。入力光学ポート１１８及び出力光学ポート１２０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。
【００２１】
本発明の例示的な実施形態によれば、２つ又はそれ以上の光学ポート１１８、１２０は、空気／燃料火炎排気経路に沿った異なるポイントにおいて燃焼化学種を測定するため、燃焼器１０２上の種々の位置に位置付けることができる。例示的な実施形態によれば、燃焼器１０２内を伝播するコリメート光１１９は、燃焼化学種と相互作用することができ、化学種との経路平均相互作用の結果として、波長固有スペクトル減衰を生じる場合があり、これは、燃焼器１０２内の特定の化学種の濃度と相関付けることができる。
【００２２】
本発明の例示的な実施形態によれば、出力光学ポート１２０を通って燃焼器１０２から出るスペクトル減衰光は、レンズ１２２又は凹面鏡１２４を通過して１つ又はそれ以上の検出器１２６で検知する収束光学ビーム１２３を生成することができる。本発明の例示的な実施形態によれば、光学検出器１２６は、関心のある特定の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、波長スペクトルの紫外部に対する感度が高い理由から、炭化ケイ素（ＳｉＣ）光検出器が選択される場合がある。別の実施形態によれば、シリコン（Ｓｉ）光検出器は、約４００から約１０００ｎｍスペクトルにおける化学種からの発光を監視するために利用することができる。別の例示的な実施形態によれば、インジウム・ガリウム・砒素（ＩｎＧａＡｓ）光検出器は、約１０００から約１７００ｎｍスペクトルにおける赤外波長を測定するのに選択することができる。検出器１２６により検出される光学信号は、検出器１２６によって電気信号に変換することができ、該電気信号は更に、検出器電子機器１２８により更に処理（濾過、増幅、その他）することができる。検出器電子機器１２８からの出力電気信号は、燃焼器制御システム１３０が利用し、燃焼器パラメータ（空気／燃料比率、燃料分布、質量流燃料ノズル音響インピーダンス、空気流分布、その他）を動的に調整し、燃焼器のパラメータを最適化することができる。
【００２３】
図２ａは、本発明の例示的な実施形態による、光学調査システムの端面図を示しており、光源エミッタ１１１は、波長可変レーザを含むことができる。別の例示的な実施形態において、光源エミッタ１１１は、固定波長レーザとすることができる。更に別の例示的な実施形態において、光源エミッタ１１１は、複数のレーザ又は複数のラインレーザを含むことができる。別の例示的な実施形態によれば、光源エミッタ１１１は、増幅誘導放出（ＡＳＥ）源、スーパーコンティニューム源、又は高輝度発光ダイオード（ＳＬＥＤ）などの広帯域光源を含むことができる。
【００２４】
燃焼器１０２内で化学種を調査するための測定システムの詳細設計は、関心のある化学種に応じて決定付けられ、単一の検出器１２６を有する単一ラインレーザ光源１１１から、スペクトルの一部を解像及び測定可能にする追加の光学構成部品を有する波長可変レーザ又はＡＳＥ源までの複雑さの範囲に及ぶことができる。本発明の例示的な実施形態による、種々の例示的な光学システム及び検出方式を図２ａからｃを参照して説明する。
【００２５】
（基本固定レーザ調査の実施形態）
１つの例示的な実施形態に従い、更に上述のように、単一のラインレーザ又はレーザダイオードは、光源１１１として利用することができる。レーザからの狭帯域放射を調整し、関心のある化学種の吸収帯に一致させることができる。例えば、Ｈ２０は、１．４５μｍ、１．９５μｍ、及び２．５μｍ近傍の吸収帯を有し、ＣＨ４は、１．６５μｍ近傍の吸収帯を有し、ＣＯは、１．５５μｍ近傍の吸収帯を有し、Ｃ２は、５１８ＣＨは、５３０ｎｍ近傍の吸収帯を有し、ＯＨは、３１０ｎｍ近傍の吸収帯を有し、及びＮＯは、２２６ｎｍ近傍の吸収帯を有する。光源１１１の放射波長をこれらの吸収波長の１つ又はそれ以上に一致させることによって、更に、適切な光学検出器１２６を選択することによって、出力光学エネルギーに対する入力の比率を測定し、関心のある燃焼化学種の相対濃度と相関付けることができる。
【００２６】
（複数のレーザ調査の実施形態）
例示的な実施形態によれば、複数のレーザ源１１１、２０２及び複数の対応する検出器１２６、２１４は、複数の燃焼化学種を同時に測定するため、又は、以下で説明するように、正規化手法を利用することにより単一の燃焼化学種をより正確に測定するために利用することができる。１つの例示的な実施形態において、１つ又はそれ以上の光源１１１、２０２は、共通レンズ１１６及び入力ポート１１８に結合することができ、対応する光学導波路１１４、２１４を介してこれらに配管することができ、同一直線上（或いは大まかに平行）にあるが、空間的に分離された光路２０４、２０５を利用することができ、共通の出力ポート１２０から出ることができ、更に、光路の分離又はローンチ角により、対応する光学検出器１２６、２１４を用いて検出することができる。別の例示的な実施形態（図２ａには図示されていないが、図１で暗示されている）では、複数の光源は、個々の経路に追従することができ、専用の光学素子（レンズ、鏡、入出力ポート、検出器、その他）を利用することができる。
【００２７】
（波長可変レーザ調査の実施形態）
本発明の例示的な実施形態によれば、光源２０２は、あるスペクトル波長全体にわたって変更可能な波長可変レーザを含むことができる。波長可変レーザは、燃焼器内の１つ又はそれ以上の化学種の吸収スペクトルを測定可能にすることができる。例示的な実施形態によれば、図２ｂ及び２ｃに図示するように、透過方式グレーティング２０８又は反射方式グレーティング２１０を利用して、燃焼器１０２内を通って進み、化学種と相互作用した後に、波長変更したレーザ光のスペクトル成分（λ１、λ２、．．．．λｎ）を角度的に分離することができる。次いで、角度的に分離された光は、検出器アレイ２１６内の複数の（空間的に分離した）検出器により解像及び検出することができる。結果として得られた検出信号は、時間サンプリングされて波長可変レーザの既知の調整波長に関連付けられ、燃焼器１０２内の化学種の吸収スペクトルの組み合わせ表現を生成することができる。次に、測定された吸収スペクトルは、関心のある化学種の相対濃度に関連付けることができ、更に、燃焼器１０２のパラメータを制御するのに利用することができる。
【００２８】
チャープレーザなどの波長可変レーザを利用するシステムの別の例示的な実施形態によれば、単一の検出器を利用して、燃焼器１０２を通過した光を測定することができる。波長可変レーザの波長変更を時間ドメインで検出された信号と関連付けることにより、時間ドメイン信号を利用して、複数の検出器又はゲーティングを利用することなく、関心のある波長帯全体にわたり燃焼器１１２内の化学種の吸収スペクトルを測定することができる。
【００２９】
（広帯域光源調査の実施形態）
本発明の例示的な実施形態によれば、光源２０２は、増幅誘導放出（ＡＳＥ）源、スーパーコンティニューム源、又は高輝度発光ダイオード（ＳＬＥＤ）などの広帯域光源を含むことができる。これらの実施形態において、光源の放射帯域内の波長スペクトラムを対象範囲とする光子は、燃焼器１０２内の化学種を同時に調査し、組み合わされた吸収スペクトルを生成することができる。例示的な実施形態によれば、図２ｂ及び２ｃを参照し、伝送グレーティング２０８又は反射グレーティング２１０を利用して、燃焼器１０２内を通って進み、化学種と相互作用した後に、広帯域光のスペクトル成分（λ１、λ２、．．．．λｎ）を角度的に分離することができる。次に、角度的に分離された光は、検出器アレイ２１６内の複数の（空間的に分離した）検出器により解像及び検出することができる。結果として得られた検出信号は、燃焼器１０２内の組み合わされた化学種の吸収スペクトルを表すことができる。次いで、測定された吸収スペクトルは、関心のある化学種の相対濃度に関連付けることができ、更に、燃焼器１０２のパラメータを制御するのに利用することができる。別の例示的な実施形態によれば、１つ又はそれ以上の光学フィルタ２１５（二色性、ファブリペロー、その他）は、測定されたスペクトルを関心のある波長帯域に制限するよう光路内に配置することができる。（検出器に達する前の）光の燃焼前又は燃焼後濾波は、検出器構成を簡素化することができ、グレーティング又は複数の検出器の必要性を排除する役割を果たすことができる。また、検出器を覆うフィルタ２１５の配置を利用して、例えば火炎領域からの望ましくない迷光を低減することができる。上述の実施形態の多くの組み合わせ及び変形形態は、本発明の範囲から逸脱することなく利用することができる。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い点を理解されたい。
【００３０】
また、図１及び２ａには、検出器電子機器１２８及び燃焼制御システム１３０を表すブロックが示されている。例示的な実施形態によれば、検出器電子機器１２８は、光学検出器１２６、２１４、２１６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１２８はまた、対応する光学素子の何れかの位置を自動的に調整するよう制御することができる。検出器電子機器からの出力信号は、燃焼制御システム１３０用の制御信号として用いることができる。例えば、本発明の１つの実施形態によれば、ＣＨ４の測定濃度、又はＣＯ２に対するＣＨ４の測定比率は、燃焼制御システム１３０におけるフィードバックとして用いることができ、燃料／空気比率を動的に調整するよう制御することができる。
【００３１】
ここで、図３を参照しながら、燃焼器１０２内で化学種を測定するため、及び測定値に基づいて燃焼パラメータを制御するための例示的な方法を説明する。本発明の例示的な実施形態に従って、ブロック３０２で始まり、光源１１１及び光源コントローラ１１２を設けることができる。光学入力ポート１１８及び出力ポート１２０を含む少なくとも１つの光路は、関心のある領域１０６、１１０に隣接したタービン缶型燃焼器１０２の本体内に設けられて、光源１１１からの光を燃焼器１０２に伝播させることを可能にし、光吸収により燃焼器１０２内に存在する化学種を監視することができる。光学ポート１１８、１２０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。任意選択のブロック３０４において、コリメータ１１６は、必要に応じて入力ポート１１８に隣接して設けられ、光源１１１からの光のあらゆるビーム発散を補正し、ビーム１１９をコリメートすることができる。合焦デバイスを出力ポート１２０に隣接して設けて、燃焼器１０２から出る修正光を集めることができる。例示的な実施形態によれば、合焦デバイスは、レンズ１２２又は凹面鏡１２４とすることができる。ブロック３０６では、終端光検出器１２６は、出力ポート１２０に隣接して設けることができ、出力レンズ１２２又は鏡１２４により提供される合焦又は集中光１２３を受け入れるよう動作可能にすることができる。
【００３２】
ブロック３０８、３１０、及び２１３は、吸収信号を測定して正規化信号に分割することによって、吸収信号測定値が正規化されて、測定精度及び感度を高めることができる。ブロック３１２では、例示的な実施形態によれば、正規化信号は、光が燃焼器１０２を通って伝播する前に、光源１１１からの光の一部を測定することにより生成することができる。典型的な光源コントローラが内部検出器を利用してフィードバック制御用に光源１１１の光学パワーを監視するので、このような信号は、光源コントローラ１１２において既に利用可能とすることができる。本発明の他の例示的な実施形態によれば、外部光スプリッタ及びスペクトル検出器（図示せず）を用いて正規化信号を取得し、燃焼器１０２を通って伝播する前に光の一部を取込み検出することができる。ブロック３１０は、燃焼器１０２内の光路を通って光を配向することにより、更に１つ又はそれ以上の終端光検出器１２６、２１４、２１６にて波長変化及び／又は時間変化吸収信号を測定することにより吸収信号が得られることを示している。ブロック３１２は、吸収信号（分子）を正規化信号（分母）で除算することによって、正規化測定信号を得ることができることを示している。例示的な実施形態によれば、正規化方法は任意選択とすることができるので、吸収信号が正規化されない場合には、分母を１に設定することができる。
【００３３】
ブロック３１６では、抽出された吸収スペクトル及び／又は時間変化測定情報を利用して、燃焼器１０２の燃焼特性を制御及び最適化することができる。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  調査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  光源コントローラ
１１４  導波管
１１６  入力コリメートレンズ
１１７  発散光学ビーム
１１８  入力光学ポート
１１９  コリメート光学ビーム
１２０  出力光学ポート
１２２  合焦レンズ
１２３  収束光学ビーム
１２４  合焦ミラー
１２６  光学検出器
１２８  検出器電子機器
１３０  燃焼制御システム
２００  光学調査システム
２０２  追加の光源エミッタ
２０４  光路
２０５  追加の光路
２０８  透過方式グレーティング
２１０  反射方式グレーティング
２１２  追加光導波路
２１４  追加光学検出器
２１５  任意選択の光学フィルタ
２１６  検出器アレイ
【図１】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図２ｃ】
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【図３】
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