火炬煙霧紅外監(jiān)測(cè)儀是一種專門用于對(duì)工業(yè)火炬燃燒過(guò)程中產(chǎn)生的煙霧、黑煙及不完q燃燒產(chǎn)物進(jìn)行實(shí)時(shí)、非接觸式監(jiān)測(cè)的高精度環(huán)保監(jiān)測(cè)設(shè)備，廣泛應(yīng)用于石油化工、天然氣處理、煉油廠、煤化工及應(yīng)急放空系統(tǒng)等場(chǎng)景。其儀器主要基于中波紅外（MWIR）或長(zhǎng)波紅外（LWIR）熱成像原理，結(jié)合可見(jiàn)光圖像融合與智能算法，實(shí)現(xiàn)對(duì)火炬火焰形態(tài)、煙羽特征及溫度場(chǎng)分布的全天候監(jiān)測(cè)。當(dāng)燃料燃燒不充分時(shí)，會(huì)產(chǎn)生碳顆粒（黑煙），在紅外波段具有特定吸收與輻射特性。監(jiān)測(cè)儀通過(guò)分析紅外輻射強(qiáng)度變化及煙霧輪廓，自動(dòng)判定煙霧等級(jí)（如參照林格曼黑度0–5級(jí)），并輸出報(bào)警信號(hào)或聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)優(yōu)化助燃風(fēng)量、燃料配比等參數(shù)。

　　火炬煙霧紅外監(jiān)測(cè)儀其核心組成部分及功能如下：

　　一、紅外光源與發(fā)射模塊

　　紅外光源

　　功能：發(fā)射特定波長(zhǎng)的紅外光（通常為中紅外或近紅外波段），穿透煙霧并照射到目標(biāo)氣體或顆粒物上。

　　類型：

　　黑體輻射源：產(chǎn)生寬譜紅外光，適用于多組分氣體檢測(cè)。

　　激光二極管（LD）：發(fā)射單色性好的窄譜光，用于高精度定量分析（如檢測(cè)特定氣體濃度）。

　　特點(diǎn)：需具備高穩(wěn)定性、長(zhǎng)壽命，且波長(zhǎng)與目標(biāo)物質(zhì)吸收峰匹配。

　　光學(xué)調(diào)制器

　　功能：對(duì)紅外光進(jìn)行調(diào)制（如斬波、頻率調(diào)制），將連續(xù)光轉(zhuǎn)換為脈沖光，以提高信噪比并區(qū)分背景干擾。

　　典型應(yīng)用：在開(kāi)放光路監(jiān)測(cè)中，通過(guò)調(diào)制光信號(hào)實(shí)現(xiàn)抗環(huán)境光干擾。

　　二、光學(xué)接收與傳輸系統(tǒng)

　　接收透鏡組

　　功能：收集經(jīng)過(guò)煙霧后衰減的紅外光，并將其聚焦到探測(cè)器上。

　　設(shè)計(jì)要求：需具備高透光率、抗污染能力（如防塵、防油污涂層），以適應(yīng)工業(yè)惡劣環(huán)境。

　　光路傳輸組件

　　光纖或反射鏡：在遠(yuǎn)距離監(jiān)測(cè)中，通過(guò)光纖或反射鏡將光信號(hào)傳輸至探測(cè)器，減少信號(hào)損失。

　　典型場(chǎng)景：火炬塔高度較高時(shí)，采用光纖傳輸可避免長(zhǎng)距離直連導(dǎo)致的信號(hào)衰減。

　　三、紅外探測(cè)器與信號(hào)處理單元

　　紅外探測(cè)器

　　功能：將接收到的紅外光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，其靈敏度直接影響監(jiān)測(cè)精度。

　　類型：

　　熱電探測(cè)器（如熱電堆）：適用于寬波段檢測(cè)，成本低但響應(yīng)速度較慢。

　　光子探測(cè)器（如PbSe、InSb）：用于特定波長(zhǎng)高靈敏度檢測(cè)，需低溫冷卻以降低噪聲。

　　量子級(jí)聯(lián)激光器（QCL）探測(cè)器：結(jié)合光源與探測(cè)功能，實(shí)現(xiàn)高選擇性檢測(cè)。

　　選擇依據(jù)：根據(jù)目標(biāo)氣體（如CO、CH?、SO?）的吸收特性選擇探測(cè)器波長(zhǎng)范圍。

　　信號(hào)處理電路

　　功能：對(duì)探測(cè)器輸出的微弱電信號(hào)進(jìn)行放大、濾波、模數(shù)轉(zhuǎn)換（ADC），并提取有效特征（如吸收峰強(qiáng)度、波形）。

　　關(guān)鍵技術(shù)：

　　鎖相放大技術(shù)：通過(guò)同步解調(diào)提高信噪比，抑制噪聲干擾。

　　數(shù)字信號(hào)處理（DSP）：實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析，如計(jì)算氣體濃度、顆粒物粒徑分布。

　　四、數(shù)據(jù)分析與控制模塊

　　微處理器（MCU）或嵌入式系統(tǒng)

　　功能：運(yùn)行監(jiān)測(cè)算法，對(duì)信號(hào)處理單元輸出的數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步分析（如濃度反演、趨勢(shì)預(yù)測(cè)）。

　　典型算法：

　　比爾-朗伯定律（Beer-Lambert Law）：通過(guò)吸收峰強(qiáng)度計(jì)算氣體濃度。

　　機(jī)器學(xué)習(xí)模型：用于復(fù)雜環(huán)境下的多組分氣體識(shí)別與濃度預(yù)測(cè)。

　　控制與輸出接口

　　功能：根據(jù)分析結(jié)果觸發(fā)報(bào)警（如濃度超限、燃燒異常），并輸出監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)至上級(jí)系統(tǒng)（如DCS、SCADA）。

　　輸出形式：

　　模擬信號(hào)（4-20mA）：兼容傳統(tǒng)工業(yè)控制系統(tǒng)。

　　數(shù)字信號(hào)（RS485、Modbus、以太網(wǎng)）：支持遠(yuǎn)程監(jiān)控與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。

　　五、防護(hù)與輔助系統(tǒng)

　　環(huán)境防護(hù)裝置

　　功能：保護(hù)設(shè)備免受高溫、腐蝕、振動(dòng)等工業(yè)環(huán)境影響。

　　典型設(shè)計(jì)：

　　防爆外殼：符合Ex d/Ex i標(biāo)準(zhǔn)，適用于易燃易爆場(chǎng)所。

　　冷卻系統(tǒng)：采用風(fēng)冷或水冷，確保設(shè)備在高溫環(huán)境下穩(wěn)定運(yùn)行。

　　自動(dòng)清洗裝置：定期清除透鏡表面污垢，維持光學(xué)性能。

　　校準(zhǔn)與自檢模塊

　　功能：定期自動(dòng)校準(zhǔn)探測(cè)器靈敏度，檢測(cè)設(shè)備故障（如光源衰減、電路異常）。

　　校準(zhǔn)方式：

　　內(nèi)置標(biāo)準(zhǔn)氣室：通過(guò)對(duì)比標(biāo)準(zhǔn)氣體吸收峰實(shí)現(xiàn)快速校準(zhǔn)。

　　遠(yuǎn)程校準(zhǔn)接口：支持通過(guò)上位機(jī)軟件進(jìn)行參數(shù)調(diào)整。

　　六、電源與通信模塊

　　電源系統(tǒng)

　　功能：為設(shè)備提供穩(wěn)定電力，支持寬電壓輸入（如AC 85-265V）以適應(yīng)不同工業(yè)電網(wǎng)。

　　備份設(shè)計(jì)：內(nèi)置不間斷電源（UPS）或電池，確保斷電時(shí)持續(xù)監(jiān)測(cè)。

　　通信模塊

　　功能：實(shí)現(xiàn)設(shè)備與上位機(jī)、云平臺(tái)的無(wú)線/有線數(shù)據(jù)傳輸。

　　典型協(xié)議：

　　無(wú)線通信：LoRa、NB-IoT、4G/5G（適用于遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)）。

　　有線通信：光纖、以太網(wǎng)（適用于局域網(wǎng)內(nèi)高速傳輸）。