ES2240726T3 - Dispositivo de medida, en particular para la observacion de la llama durante un proceso de combustion. - Google Patents

Abstract

Dispositivo de medida, en particular para la observación de la llama durante un proceso de combustión, con por lo menos un aparato de fotografiar digital (11;211), medios para la toma de imágenes (7;205, 207), los cuales mediante un acceso óptico (5;105;205) detectan la imagen del fenómeno termodinámico objeto de observación (F), y forman una imagen sobre un plano de exposición que tiene un sistema de píxeles (231) de la máquina de fotografiar (11;211), en donde considerando que varias diferentes características variables del fenómeno termodinámico (F), el aparato de fotografiar (11;211) sólo, o el aparato de fotografiar (11;211) y por lo menos otro aparato de fotografiar (21) que utiliza el mismo acceso óptico (5;105;205), fotografía varias imágenes del fenómeno termodinámico (F) cada una de ellas independientemente entre sí, con resolución espacial y cronológica, caracterizado porque el sistema de píxeles estructurado homogéneamente (231) es de una alta resolución local y está formado como matriz bidimensional de píxeles formados iguales entre sí, asignables individualmente y seleccionables, en donde dentro del sistema de píxeles (231) pueden seleccionarse unos segmentos individuales (210) definibles y separados, los medios de toma de imágenes (7;205;207) fotografían la imagen del fenómeno termodinámico (F) simultáneamente repetidas veces sobre diferentes segmentos (210) del sistema de píxeles (231) en uno y el mismo aparato de fotografiar (211), y el aparato de fotografiar (211) fotografía simultáneamente repetidas veces, la imagen del fenómeno termodinámico (F) teniendo en cuenta las diferentes magnitudes características del fenómeno de combustión (F) con los diferentes segmentos (210) del plano de fotografía.

Description

Dispositivo de medida, en particular para la observación de la llama durante un proceso de combustión.

La invención se refiere a un dispositivo de medida con las características del concepto principal de la reivindicación 1.

A partir de la patente DE 38 23 494 C2 se conoce un dispositivo de medida, según el cual se miden numerosos parámetros mediante el llamado reflejo de llama, para determinar la relación funcional de estos parámetros con las magnitudes límite de la regulación. La patente DE 197 10 206 A1 da a conocer un dispositivo de medida del tipo citado al principio, según el cual se detecta la imagen de la llama, lo cual se logra mediante un acceso óptico común en el dispositivo, mediante un divisor de rayos y filtros que divide en cuatro rayos parciales de diferentes regiones del espectro y de cuatro placas de fotografía, de preferencia de una cámara CCD. El número de placas de fotografía y las regiones del espectro ya están fijadas en el momento en que se concibe el dispositivo. En la patente DE 199 31 111 se describe un vigilante de llama, el cual está provisto de una cámara CCD ó CMOS, la cual fotografía la imagen de la llama con un Píxel-Array ("sistema de píxeles"). La cámara CMOS tiene la ventaja de que tiene una absorción de energía más pequeña, la posibilidad de integración de los componentes de la conexión de evaluación y un acceso más libre y más aleatorio sobre todos los píxeles.

La presente invención toma como objetivo el mejorar un dispositivo de medición del tipo citado al principio. Esta finalidad se consigue mediante un dispositivo con las características de la reivindicación 1. Otras configuraciones ventajosas son objeto de las reivindicaciones subordinadas.

Debido a que el aparato de fotografiar fotografía con diferentes segmentos del plano de fotografía la imagen del fenómeno termodinámico, simultáneamente repetidas veces, se pueden fotografiar con una y la misma máquina de fotografiar diferentes investigaciones del mismo fenómeno de combustión en paralelo y obtener informaciones. El desarrollo del hardware previsto con la estructura de píxeles de alta resolución local y su maniobra con el correspondiente software es ajustable individualmente sin limitaciones para la finalidad de empleo predeterminada, y la máquina de fotografiar está preparada de preferencia como un chip CMOS con una unidad electrónica de valoración. La detección de imágenes con alta resolución local puede lograrse de preferencia simultáneamente con una alta resolución cronológica y/o una alta resolución espectral y/o una alta resolución multiespectral. Para la detección de la dinámica de las magnitudes características individuales no son necesarios más aparatos fotográficos diferentes pero tampoco pueden excluirse. El dispositivo de medida necesita solamente una única entrada óptica, en donde está previsto que varios dispositivos de medida tengan cada uno su entrada óptica. También pueden conectarse en la misma entrada óptica mediante medios apropiados de reproducción, como por ejemplo distribuidores de rayos u ópticas divisoras, además del presente aparato fotográfico según la invención, otros aparatos fotográficos o aparatos especiales ópticos de medición, por ejemplo cámaras sencillas.

El concepto "óptico", en conexión con la invención, no debe limitarse a la región visible de longitudes de onda. Una alta resolución local significa que pueden resolverse incluso estructuras del orden de tamaño de típicas mediciones de turbulencias. Los ejemplos con los datos obtenidos mediante el procesamiento de la imagen, eventualmente con adición de los datos de otros aparatos fotográficos, pueden correlacionarse entre sí para obtener más información. A continuación, las informaciones pueden emplearse para la regulación del proceso termodinámico, por ejemplo para un proceso de combustión, remolinos de aire caliente, análisis de modulación de la luz o similares, en los cuales, se observan las llamas o respectivamente otros fenómenos correspondientes.

Mediante los píxeles individuales asignables y seleccionables, pueden definirse dentro del plano de fotografía, también regiones interesantes (regiones de interés, ROI) y separadamente seleccionables, con lo cual son posibles claras altas resoluciones cronológicas con la videocámara ajustada a 25 Hz, con lo cual pueden obtenerse por cada píxel de los ROI en principio una completa FFT. Esta más alta resolución cronológica, en procesos de altas frecuencias puede lograrse también con una cámara de fibra de vidrio como otro aparato de fotografiar. La cámara de fibra de vidrio, la cual comprende de preferencia más de una matriz, puede también utilizarse para una espectroscopia de resolución local.

De preferencia para ahorrarse un dispositivo de enfriamiento, el aparato de fotografiar está colocado en una carcasa colocada fuera del espacio que rodea el fenómeno termodinámico. Los medios de reproducción de la imagen comprenden de preferencia además de una óptica de reproducción prevista para el acceso óptico (llamado boroscopo en una concepción rígida; en una concepción más flexible, se la llama por ejemplo haz de fibras de vidrio, conocido como endoscopio), todavía una óptica de división para proveer el aparato de fotografiar de varias imágenes iguales una junto a otra. En lugar de la óptica de división se puede prever también en un plano focal de la óptica un filtro holográfico, el cual por una parte produce una imagen múltiple y por otra parte puede filtrar y eliminar determinadas regiones de longitudes de onda. Es opcional proveer un divisor de rayos para la conexión de otros aparatos de medida (incluidas otras cámaras, por ejemplo cámaras de fibras de vidrio o videocámaras convencionales), los cuales pueden instalarse en carcasas iguales conjuntas como el aparato de fotografiar según la invención o en carcasas ópticamente acopladas. En el caso de un haz de fibras de vidrio como óptica de reproducción, las fibras de vidrio pueden estar asignadas a aparatos de fotografiar y aparatos de evaluación.

Para los experimentos ópticos de estimulación de substancias que se encuentran por ejemplo en una llama, se aplican de preferencia en la proximidad del acceso óptico, por ejemplo, en la punta del medio reproductor de imagen, uno o varios láseres semiconductores. El montaje de este medio para la excitación óptica no está limitado al dispositivo de medida según la invención.

Mediante un filtrado de los puntos de imagen individuales de la imagen de la cámara en un dispositivo de filtrado, y la combinación de los puntos de imagen filtrados en un determinado momento con los puntos de imagen filtrados por lo menos en un momento próximo, se dispone en el tiempo más corto posible de una imagen completa, la cual puede ser directamente empleada a continuación por ejemplo en una investigación por termografía o para la regulación del proceso termodinámico, sin que sea necesaria una espectroscopia - requiriendo forzosamente un cierto tiempo de fotografía -. El dispositivo de filtrado está previsto de preferencia que sea digital e implementado en el ordenador, aunque puede preverse también como un dispositivo especial de filtrado entre el aparato de fotografiar y el ordenador. El dispositivo de filtrado puede tener un filtro de transparencia y/o un filtro de movimiento y/o un filtro de enturbiamiento.

A continuación se aclara la invención con más detalle mediante tres ejemplos de ejecución. Se muestran:

Figura 1. Un montaje esquemático del primer ejemplo de ejecución,

Figura 2. Un esquema por bloques de un circuito regulador con el primer ejemplo de ejecución,

Figura 3 Una representación esquemática del plano de fotografía,

Figura 4. Un esquema por bloques de un aparato de fotografiar,

Figura 5. Un esquema por bloques de una variante del aparato de fotografiar,

Figura 6. Un montaje esquemático en un ejemplo de aplicación en un horno de cemento,

Figura 7A. Un ejemplo de la imagen de la cámara antes del filtrado,

Figura 7B. La imagen de la figura 7A después del filtrado,

Figura 7C. Otra imagen correspondiente a la figura 7B después del filtrado,

Figura 7D. Una combinación de las imágenes de la figura 7B y 7C para dar una imagen filtrada conjuntamente,

Figura 8. Un montaje esquemático del segundo ejemplo de ejecución,

Figura 9. Un esquema por bloques con el segundo ejemplo de ejecución incorporado, y

Figura 10. Un corte a través de un haz de fibras de vidrio del tercer ejemplo de ejecución.

El dispositivo de medida configurado según el primer ejemplo de ejecución, el cual se emplea por ejemplo para el estudio de la llama durante un proceso de combustión, será llamado de ahora en adelante un multisensor 201. El multisensor 201 presenta una carcasa 203, la cual está provista en su parte externa de diferentes conexiones. En el multisensor 201 está conectado como un primer medio de formación de la imagen, un boroscopo 205, cuyo extremo alejado del multisensor 201, está introducido a través de la pared de una caldera K ó similar y está colocado dentro de la misma. La óptica de la imagen obtenida en el boroscopo 205 forma la radiación de una llama F (u otro fenómeno termodinámico), la cual en la caldera K está alimentada por ejemplo con carbón, durante cuyo funcionamiento aparece, en el interior de la carcasa 203. El propio multisensor 201 está colocado a una cierta distancia de la caldera K, de forma que no es necesario un especial enfriamiento del multisensor 201. Para la excitación óptica están colocados en la punta del boroscopo 205 uno o varios diodos láser semiconductores 206.

La radiación que incide en el multisensor a través del boroscopo 205, es multiplicada ópticamente, eventualmente después de atravesar un divisor de rayos, en una óptica de división 207 como un segundo medio de reproducción, de forma que aparecen cuatro imágenes iguales de la llama F. Los pasos individuales de los rayos atraviesan los filtros ópticos 209 o mezclas de los mismos. Los cuatro pasos de rayos presentes se proyectan sobre segmentos o ventanas separadas 210 en el plano de la llama por uno y el mismo aparato de fotografiar 211, de forma que el aparato de fotografiar de alta resolución local 211 comprende cuatro imágenes separadas espacialmente entre sí pero completas con el mismo contenido. Al aparato de fotografiar 211 descrito más adelante con más detalle, se le conecta a continuación una unidad de evaluación A.

Los filtros 209 de los pasillos individuales de los rayos pueden estar previstos como filtros de interferencia de banda estrecha, mediante los cuales el multisensor 201 puede funcionar como un pirómetro de cocientes (múltiple) de alta resolución local, el cual en puntos de apoyo individuales de la región espectral absorbe una señal integrada en esta unidad de evaluación A y logra un cálculo de los píxeles exactos de la imagen filtrada mediante la formación de cocientes. Los filtros 209 pueden estar formados también de bandas espectrales anchas para simular un sistema RGB de una cámara de colores de 3 chips de alta resolución local. En una modificación está prevista un plano de combustión de la óptica de formación de la imagen un filtro holográfico, el cual por una parte multiplica la imagen de la llama, o sea substituye la óptica de división 207, y por otra parte hace las veces del filtro antes citado, es decir substituye al filtro 209.

El aparato de fotografiar 211 es un CMOS-Highspeed-Chip ("chip CMOS de alta velocidad") con una unidad electrónica de evaluación, la cual es regulable en forma de píxeles, y la transforma la luz visible así como los rayos infrarrojos y ultravioletas, en señales digitales con una alta cadencia de imágenes. En este aparato de fotografiar 211 está colocada dentro del plano de la imagen, la cual puede estar también distorsionada, una matriz de píxeles bidimensional, por ejemplo un sistema de píxeles 231, de 1024 x 1024 píxeles. Los píxeles están formados de manera que son iguales entre sí, es decir, la máquina de fotografiar 211 está estructurada uniformemente en el plano de la fotografía.

Cada píxel constituye un sensor único. La asignación facultativa del píxel único del aparato de fotografiar 211 hace posible una selección de un píxel individual. Por ello se pueden definir en el conjunto del sistema de píxeles 231 del aparato de fotografiar 211 ó en uno o varios segmentos 210, unas zonas individuales, a partir de ahora llamadas ROI 233 (región de interés). En el caso de una cuota predeterminada de selección de un píxel individual (típicamente varios zig-MHZ) puede lograrse una cuota de imagen correspondiente a la relación entre la superficie total y el tamaño del ó de los ROI 233, la cual es claramente mayor que la cuota de la imagen completa (típicamente algunos zig fps, es decir "frames per second" (grupos de bits por segundo). La forma y número de los ROI 233 se adecua en cada caso particular. En el caso más sencillo un grupo de varios píxeles directamente próximos están concentrados en unos ROI 233 cuadrados o redondos, pero son posibles también colocaciones homogéneas de ROI 233 aislados, texturas con lugares erróneos o estructuras reticulares con lugares de apoyo. Una modificación de los ROI 233 puede tener lugar también dinámicamente, es decir, durante el funcionamiento del multisensor 201, por ejemplo, cuando deben efectuarse diferentes investigaciones cronológicas una detrás de otra.

Para un perfil dependiente del lugar-tiempo de las turbulencias de la llama F, está por ejemplo dentro de un segmento 210 una distribución lógica de varios ROI 233 sobre la llama F, en donde los ROI 233 individuales se seleccionan simultáneamente, o - debido a las condiciones invariables de la combustión, con zonas de turbulencia muy localmente estables - se seleccionan una después de otra. Mediante la utilización facultativa de una línea logarítmica característica en el cambio de intensidad de la radiación en una magnitud eléctrica característica puede lograrse una mayor resolución con grandes diferencias de luminosidad. El multisensor 201 puede por ello emplearse también para investigaciones de alta resolución local en procesos de alta dinámica en la llama F, por ejemplo, como sensor para la investigación de turbulencias, espectros nucleares o comportamiento de mezclas de diferentes corrientes de fases, en donde el procesado ulterior de los datos de la imagen, tiene lugar a partir de los ROI 233 mediante un FFT (por píxel), de un Time-Delay-Neuronal-Network-Analysis ("análisis reticular neuronal del retraso cronológico"), y/o un Joint-Time-Frequency-Analysis "análisis de la frecuencia cronológica común". Las curvas de las señales (cada uno de los píxeles) pueden representarse por ejemplo sobre un sistema de funciones de wavelets ("trenes de ondas").

El aparato de fotografiar 211 puede estar constituido internamente como una cámara CMOS estándar de alta velocidad, es decir, las informaciones de imágenes del sistema de píxeles 231 se seleccionan por medio de un transformador analógico-digital, llamado en adelante ADC 235, se digitalizan y se registran por un impulsor 237 directamente sobre una interfase digital (p. ej., LVDS) para el procesado en una tarjeta de procesamiento de imágenes de un ordenador externo como unidad A de evaluación. La unidad de evaluación A, por ejemplo, un ordenador personal convencional, efectúa a continuación el procesamiento de la imagen. El control del aparato de fotografiar 211 tiene lugar internamente mediante una unidad de control 239 con microprocesador, el cual se controla externamente mediante una interfase estándar (p. ej., RS232/485). Para una imagen viva de video de la llama F se selecciona un segmento 219 del sistema de píxeles 231.

El aparato de fotografiar 211 puede estar constituido internamente en una variante, como cámara CMOS de alta velocidad con procesamiento de imágenes. En primer lugar se transforman los datos de la imagen seleccionados del sistema de píxeles 231 de ADC 235, y a continuación se registran en una memoria de imágenes 241. Un procesador digital de señales, que en adelante será llamado DSP 243, puede efectuar tanto toda clase de procesamiento de imágenes de los datos de la memoria de imágenes 241 como también definir los ROI 233, entregar mediante una interfase estándar los resultados del procesamiento de imágenes a la unidad de evaluación A y recibir las señales externas de control, y seleccionar para una imagen viva de la llama F la memoria de imágenes 241 correspondiente a la norma CCIR y entregar mediante una interfase de la señal del video 245.

En relación a la configuración del hardware, pueden aplicarse por ejemplo el sistema de píxeles 231 y el ADC 235 ó el sistema de píxeles 231, el ADC 235 y el DSP 243 sobre el mismo chip. Son posibles también otras posibilidades de integración.

En ambos tipos de cámaras pueden determinarse además de la imagen viva, la pirometría y las investigaciones sobre turbulencias mediante los segmentos 210 del aparato de fotografiar 211, controlables independientemente entre sí, y también otros datos sobre relaciones térmicas y espectrales del proceso de combustión, es decir el aparato de fotografiar 211 puede detectar, simultáneamente en diferentes segmentos o alternadamente en el tiempo, diferentes parámetros del proceso, características o variables de estado del proceso de combustión, a saber con una alta resolución espacial y cronológica. La evaluación de estas características en la unidad de evaluación A tiene lugar por ejemplo mediante una red neuronal implementada.

El multisensor 201 forma parte de un circuito de regulación, en el cual la evaluación de las características medidas, de preferencia mediante un ordenador central C, se emplea para el control de los dispositivos de regulación V de la caldera K, por ejemplo de la entrada de aire primario o de la entrada de carbón. El proceso de combustión puede regularse óptimamente, por ejemplo con respecto a las emisiones de substancias nocivas o a un alto grado de rendimiento.

El multisensor 201 puede emplearse también como vigilante de la llama. Para ello se forma por ejemplo un ROI 233 vertical estrecho, encima del cual se forma muy próxima una llama de promedio grande por encima de su altura total. Como en el caso de un vigilante convencional de llama que trabaja puntiforme, el multisensor 201 desconecta la instalación en el caso de un fallo en la imagen de la llama, aunque debido a la posibilidad de definición de un ROI alargado, son necesarios muchos menos aparatos individuales. El multisensor 201 es "autosuficiente", es decir, desconecta en caso de un defecto propio. Para ello está previsto por ejemplo un diodo, el cual comprueba el flujo de corriente en un chip.

A título de ejemplo, se describe a continuación el empleo del multisensor 201 en un horno de cemento K. En el horno de cemento K está presente una llama F durante el proceso de combustión. El boroscopo 205 (u otro dispositivo de formación de una imagen) forma una imagen de la llama F sobre el multisensor 201 colocado en el exterior del horno de cemento K, con su aparato de fotografiar digital, más arriba descrito 211, con los píxeles individualmente asignados y seleccionados. Al multisensor 201 está conectado un ordenador C, el cual procesa las señales del aparato de fotografiar 211, de aquí en adelante llamado cámara formadora de imágenes.

Para el procesado se definen en la imagen de la cámara, unos puntos de imagen, los cuales por regla general corresponden cada vez a uno de los píxeles, pero también puede ser un grupo de píxeles próximos. El ordenador C filtra la imagen detectada por la cámara en un punto cronológico determinado, en adelante llamado "frame B1" ("figura B1") sometiendo los puntos individuales de imagen de la figura B1 a tres filtros digitales. El ordenador C actúa también como un dispositivo digital de filtrado. Los tres filtros digitales están empalmados con condiciones UND, para eliminar los inconvenientes a corto plazo de la imagen de la llama F por ejemplo nubes de polvo S ó nubes de humo entre la llama F y el boroscopo 205. En un primer filtro (filtro de luminosidad) se comprueba mediante un valor umbral, una luminosidad mínima. En un segundo filtro (filtro de movimiento) se eliminan los inconvenientes de los movimientos sobre los píxeles próximos a los puntos cronológicos sucesivos. En un tercer filtro (filtro de turbidez) se detecta una turbidez mediante el cálculo de la entropía. Los puntos de la imagen que no pasan los tres filtros, se desechan.

De la figura B1 permanecen por ello, según el alcance de los inconvenientes, solamente algunos puntos filtrados de la imagen B1', a saber una figura filtrada incompleta. Estos puntos de la imagen B1' se combinan con los puntos de la imagen B2' detectados más próximos al punto cronológico, y filtrados, es decir, con la figura filtrada más próxima, hasta que eventualmente después de varias de estas combinaciones se obtiene una imagen final lo más acabada posible, que en adelante será llamada imagen BE. La cantidad de figuras necesarias para ello depende de la resolución deseada y de la relación entre la escala de tiempo característica para las modificaciones de la llama y la escala de tiempo característica de las modificaciones de los inconvenientes, aunque puede fijarse arbitrariamente. Dado que el aparato de fotografiar 211 puede suministrar una serie muy alta de figuras, por ejemplo algunos centenares por segundo, el ordenador C por regla general puede generar varias imágenes filtradas BE por segundo con suficiente resolución.

El ordenador C procesa la imagen BE filtrada de nuevo, sometiendo estos puntos a una investigación por termografía. Adicionalmente, la imagen filtrada BE puede añadirse para una vigilancia visual con un monitor M. El ordenador C se emplea simultáneamente también para regular el proceso de combustión mediante una red neuronal implementada, para lo cual está conectado con los diferentes dispositivos de regulación V, los cuales regulan los cambios de las magnitudes de ajuste.

Un segundo ejemplo de dispositivo de medida para la observación de la llama durante un proceso de combustión recibe también a continuación el nombre de multisensor 1. El multisensor 1 tiene una carcasa 3, la cual está provista en su lado externo de diferentes conexiones. En el multisensor 1 está conectado un boroscopo 5 cuyo extremo lejano del multisensor 1 se introduce a través de la pared de una caldera K ó similar y está colocado en el interior de la misma. La óptica de formación de imágenes contenida en el boroscopo 5 forma la imagen del rayo de una llama F, la cual aparece en la caldera K durante su funcionamiento, en el interior de la carcasa 3 del multisensor 1. El propio multisensor 1 está colocado a una determinada distancia en tanto está situado fuera de la caldera K, de forma que no necesita ningún enfriamiento especial para el multisensor 1.

La radiación incidente en el multisensor 1 a través del boroscopo 5 se divide en un divisor de rayos 7. Una parte de la radiación incidente entra a través del espejo semitransparente del divisor de rayos 7 y a través de un primer diafragma 9 colocado detrás, que es regulable, incide en una videocámara 11 como aparato de fotografiar, en el ejemplo de ejecución un 3-chip-CCD-cámara. La señal de la videocámara 11, en adelante llamada videoseñal, es conducida por una parte a través de una primera salida de video 13 fuera de la carcasa 3 a una pantalla M en donde se representa una imagen viva. Por otra parte, la videoseñal es conducida a través de una segunda salida de video 15 fuera de la carcasa 3 a una unidad de termografía T, en donde se determina la temperatura de la llama F. Para el calibrado, puede conducirse previamente un rayo monocromático desde un emisor de rayos en colores, colocado dentro o fuera del multisensor 1, mediante el divisor de rayos 7, a la cámara de video 11, el cual sirve a continuación como referencia para la determinación de la temperatura. Este rayo puede utilizarse también, en el caso de una vigilancia contínua, para el control de la funcionabilidad de los elementos de montaje del multisensor, es decir, como imagen tipo de comprobación para un "autochequeo".

Otra parte de la radiación incidente en el divisor de rayos 7, se refleja en el espejo semitransparente y penetra mediante un segundo diafragma regulable 19 en una cámara de fibra de vidrio 21. La cámara de fibra de vidrio 21 es similar al montaje de la óptica de una videocámara, pero en el plano de la imagen tiene en lugar de las capas sensibles a la luz, una matriz 23 con los extremos de varias fibras de vidrio 25. La imagen de la llama F se transporta así sobre las fibras de vidrio 25 con una resolución local. Aproximadamente la mitad de las fibras de vidrio 25 se conducen a una unidad de espectrometría S, en donde la señal de cada una de las fibras individuales de vidrio 25 se resuelve espectralmente con alta resolución en una región espectral libremente escogida (infrarrojo o ultravioleta), por ejemplo on-line en espectrómetros individuales. A partir de los espectros determinados por la relación entre la absorción y la emisión, pueden obtenerse diferentes informaciones, las cuales están presentes con una (alta) resolución local. Todos los espectros se obtienen al mismo tiempo para diferentes lugares y con ello se pueden formar imágenes de procesos no estacionarios.

La otra mitad de las fibras de vidrio 25 sirve para el análisis de los remolinos (turbulencias) de la caldera K, el cual es pasado a una unidad de evaluación A, en donde por ejemplo se reúnen las fibras de vidrio 25 y se detecta cronológicamente con una alta resolución la señal conjunta, para mediante un "Time-Delay-Neuronal-Network-Analysis" (análisis de la red neuronal con retraso cronológico) y/o un "Joint-Time-Frecuency-Analysis" (análisis de la frecuencia cronológica común) pueden seguir siendo procesados. Las curvas de las señales pueden representarse por ejemplo en un sistema de funciones de "Wavelets" (trenes de ondas).

El multisensor 1, la unidad de termografía T, la unidad de espectrometría S y la unidad de evaluación A están conectados con un ordenador C, el cual efectúa las correspondientes evaluaciones de los parámetros medidos del proceso, por ejemplo, mediante una red neuronal implementada, y para la regulación del proceso de combustión en la caldera K mediante una realimentación R para accionar los dispositivos de regulación de la caldera K, por ejemplo una válvula V para el aire primario.

En un forma de ejecución modificada, en lugar de la unidad espectrométrica S, de alta resolución local y alta resolución espectral, están previstos unos espectrómetros individuales en los extremos de los diodos de fibras de vidrio, los cuales con una frecuencia de exploración de por ejemplo hasta 2 kHz, y eventualmente diferente sensibilidad espectral, efectúan una señal de alta resolución cronológica y poca resolución espectral, para por ejemplo averiguar las formas de las curvas. Las curvas pueden representarse por ejemplo igualmente sobre un sistema de funciones de "wavelets" (trenes de ondas). En otra forma modificada de ejecución, en lugar de la unidad de espectrometría S se prevé un pirómetro n-dimensional, el cual en cada extremo de las fibras de vidrio absorbe una señal integrada y pone en relación una con otra, de forma que la región del espectro se puede detectar solamente mediante puntos de apoyo individuales. La tecnología de la cámara de fibras de vidrio 21 hace posible que en otras formas de ejecución modificadas puedan conectarse simultáneamente espectrómetros, diodos, pirómetros y/o sensores de alta resolución cronológica en una distribución a escoger arbitrariamente, a las fibras de vidrio 25, a saber, a fibras de vidrio próximas y/o mediante ramificaciones, para obtener una resolución local, cronológica y espectral adaptada a las necesidades.

Es posible también utilizar en lugar de la videocámara 11, una cámara modificada la cual es desde el punto de vista de los píxeles tan versátil, que una parte de los píxeles puede utilizarse para la detección del comportamiento cronológico y la otra parte para el comportamiento local.

El tercer ejemplo de ejecución es similar al segundo ejemplo de ejecución en muchas partes. Como acceso óptico igual se puede prever en lugar del boroscopo 5, un haz de fibras de vidrio 105 de fibras de vidrio 125 de algunos miles de zig, de las cuales una parte se emplea para el comportamiento espacial de la llama objeto de observación, otra parte para el comportamiento cronológico y otra parte para el comportamiento espectral, y como en el segundo ejemplo de ejecución, se incorporan los correspondientes aparatos de medida y de evaluación, suprimiéndose el divisor de rayos 7. Las modificaciones citadas en el segundo ejemplo de ejecución son también posibles en el tercer ejemplo de ejecución.

Claims (11)

1. Dispositivo de medida, en particular para la observación de la llama durante un proceso de combustión, con por lo menos un aparato de fotografiar digital (11;211), medios para la toma de imágenes (7;205,207), los cuales mediante un acceso óptico (5;105;205) detectan la imagen del fenómeno termodinámico objeto de observación (F), y forman una imagen sobre un plano de exposición que tiene un sistema de píxeles (231) de la máquina de fotografiar (11;211), en donde considerando que varias diferentes características variables del fenómeno termodinámico (F), el aparato de fotografiar (11;211) sólo, o el aparato de fotografiar (11;211) y por lo menos otro aparato de fotografiar (21) que utiliza el mismo acceso óptico (5;105;205), fotografía varias imágenes del fenómeno termodinámico (F) cada una de ellas independientemente entre sí, con resolución espacial y cronológica, caracterizado porque el sistema de píxeles estructurado homogéneamente (231) es de una alta resolución local y está formado como matriz bidimensional de píxeles formados iguales entre sí, asignables individualmente y seleccionables, en donde dentro del sistema de píxeles (231) pueden seleccionarse unos segmentos individuales (210) definibles y separados, los medios de toma de imágenes (7;205;207) fotografían la imagen del fenómeno termodinámico (F) simultáneamente repetidas veces sobre diferentes segmentos (210) del sistema de píxeles (231) en uno y el mismo aparato de fotografiar (211), y el aparato de fotografiar (211) fotografía simultáneamente repetidas veces, la imagen del fenómeno termodinámico (F) teniendo en cuenta las diferentes magnitudes características del fenómeno de combustión (F) con los diferentes segmentos (210) del plano de fotografía.

2. Dispositivo de medida según la reivindicación 1, caracterizado porque en uno o varios segmentos (210) pueden definirse unos ROI (233), los cuales pueden seleccionarse por separado con una cuota de imagen, la cual es claramente más alta comparada con la cuota de la imagen completa.

3. Dispositivo de medida según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque el aparato de fotografiar (211) es una cámara CMOS de alta velocidad.

4. Dispositivo de medida según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el aparato de fotografiar (11;211) se encuentra dentro de una carcasa (3;203), la cual está colocada fuera del espacio (K) que encierra el fenómeno termodinámico (F), en donde eventualmente existen otros aparatos de fotografiar (21) que están igualmente colocados dentro de la carcasa (203).

5. Dispositivo de medida según la reivindicación 4, caracterizado porque como acceso óptico está previsto un haz de fibras de vidrio (105) que se extiende entre el espacio (K) que encierra el fenómeno termodinámico (F) y la carcasa (3;303).

6. Dispositivo de medida según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el aparato de fotografiar (11;211) ó el otro aparato de fotografiar (21), fotografía la imagen del fenómeno termodinámico (F) cada vez tanto con alta resolución local por una parte, como también con alta resolución cronológica y/o alta resolución espectral y/o alta resolución multiespectral por otra parte.

7. Dispositivo de medida según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque como otro aparato de fotografiar, está provisto de una cámara de fibras de vidrio (21).

8. Dispositivo de medida según la reivindicación 7, caracterizado porque por lo menos una parte de las fibras de vidrio (25) de la cámara de fibras de vidrio (21) está conectada a por lo menos una unidad de espectrometría (S), para efectuar una espectroscopia con resolución local, o por lo menos una parte de las fibras de vidrio (25) de la cámara de fibras de vidrio (21) está conectada cada vez con un diodo para efectuar una detección con resolución local y cronológica, o por lo menos una parte de las fibras de vidrio (25) de la cámara de fibras de vidrio (21) está conectada cada vez con un pirómetro, para efectuar una detección con resolución local.

9. Dispositivo de medida según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque los medios (206) para la excitación del fenómeno termodinámico están integrados en el dispositivo de medida (201).

10. Dispositivo de medida según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque un dispositivo de filtrado (C) filtra por lo menos los puntos de imagen individuales de la imagen de la cámara (B1) del aparato de fotografiar (11;211), en donde los puntos de imagen filtrados (B1') en un determinado momento, se combinan con los puntos de imagen filtrados (B2') por lo menos en un momento próximo.

11. Dispositivo de regulación con un dispositivo de medida (1;201) según una de las reivindicaciones precedentes, por lo menos una unidad de evaluación (A;M,T,S) conectada al dispositivo de medida (1;201) y una realimentación sobre dispositivos de regulación (V) de un espacio (K) que rodea el fenómeno termodinámico (F), en donde la regulación del proceso termodinámico en este espacio (K), se efectúa con los datos de la unidad de evaluación (A;M,T,S).