火焰检测器在许多环境中被使用，通常是危险场所，诸如炼油厂、化工厂、压缩机站和燃料装载设施。火焰检测器通常具有光学视场，其中检测器具有灵敏度以检测检测器范围内的火焰。作为检测系统的一部分，单个火焰检测器通常被连接在一起以形成被配置为覆盖更大区域的火焰检测器的网络，检测系统又可以是火灾抑制和/或警报系统的一部分。火焰检测器的覆盖范围至关重要，因为它决定了系统对抗火灾和警告危险的有效性。
当火焰检测器不能够看到初期的火灾，要么是因为其光学视场被大于火灾的障碍物阻挡，要么是因为初期的火灾处在检测器的光学视场的边缘(其中检测器的灵敏度通常处于最低)，火焰检测系统将不会对计划的火灾缓解行动作出反应。在这种情况下，由于较差的检测覆盖范围，火焰检测系统被认为是不太有效的。
火焰检测系统最终可以在初期的火灾尺寸增大并且更多地落入检测器的光学视场内的较晚阶段作出反应。但是这种响应的延迟通常是不希望的，因为更大的火灾的后果通常要大得多。通常非常希望任何火灾爆发能够尽早被检测到，以便火灾缓解行动能够在较早阶段被触发，以便火灾在其有时间变大之前被熄灭。
技术实现要素：
火焰检测器覆盖范围验证系统的示例性实施例包括用于生成光束的光源，和耦合到光源的光路控制单元，并且该光路控制单元被配置为在与火焰检测器的中心线大致共同对准的方向上引导光束，并且引导光束通过围绕该方向的移动范围来视觉地划分落在火焰检测器的视场内的区域。框架基座系统将光源和控制单元临时安装到安装的火焰检测器。在一个实施例中，控制单元被配置为使光学光源在平移方向和倾斜方向上移动以实现光束的期望的移动范围。在另一个实施例中，控制单元包括用于反射光束的镜和被配置为定位镜以将光束反射通过移动范围的镜致动器机构。
火焰检测器覆盖范围验证系统的另一个实施例包括用于生成光束的光源，和连接到光源的光路控制单元，并且该光路控制单元被配置为引导光束通过围绕火焰检测器的中心线方向的移动范围来视觉地划分落在火焰检测器的视场内的区域。指示器设备视觉地指示检测器光学中心线的平移方向。倾斜指示器被配置为确定并视觉地显示检测器相对于地平面的倾斜角。毂结构将控制单元临时附接到火焰检测器，控制单元被枢转地连接到毂结构，使得光源光束被定向为垂直于地平面。
附图说明
本公开的特征和优点在结合附图阅读以下具体描述时将易于被本领域技术人员理解，其中：
图1是示出安装在支架上的火焰检测器的示意等距视图。图1a示出了火焰检测器相对于地平面的偏差坐标。
图2是示出使用激光指示器的示例性火焰检测器覆盖范围系统的示意图，示出了在极端方位角视场坐标处以及在检测器中心线处定向的激光器。
图3是示出图2的系统的示意图，并且示出了相对于地平面的偏差的倾斜角处的激光器和激光束的代表性角位置。
图4是火焰检测器覆盖范围验证系统的另一个示例性实施例的前等距视图。图4a是示出火焰检测器上的验证系统的侧视图。
图5是图4的系统的分解等距视图。
图6a是图4的系统的示意前视图，示出了夹具手柄处于静止位置。图6b是类似于图6a的示意前视图，但是示出夹具手柄处于夹具释放位置。图6c是图4的系统的俯视图。
图7a是图4的示例性实施例的框架基座的等距视图。图7b是图7a的框架基座的分解图。
图8a是图4的系统的光源路径控制单元的等距视图。图8b是图8a的光路控制单元的分解图。图8c是示出旋转器套筒和支撑块的截面图。
图9是图4的系统的倾斜角或偏差指示器的示例性实施例的分解图。
图10是图4的系统的罗盘的示例性实施例的分解图。
图11a至图11h示出了图4的实施例的光路控制单元和控制单元的示例性位置，以在中心线上以及在垂直偏角+β1和-β2处实现光路。
图12a至图12f示出了在示例性位置处的图4的光路控制单元，以在中心线上以及在相应的水平角+α°和-α°处实现光路。
图13是示出安装在支架上的火焰检测器以及安装到火焰检测器的火焰检测器覆盖范围验证系统的备选实施例的示意等距视图。
图14、15和16分别是图13的火焰检测器和验证系统的前视图、右视图和俯视图。
图17是图13的验证系统的等距视图。图17a是如图17中的系统的右侧视图。图17b是在圆17b内的图17a的部分的特写视图。
图18是图17的系统的一部分的等距视图，示出了激光器模块和光迹控制器部分。
图19是图17的系统的毂结构的等距视图。
图20是图13的系统的控制单元和激光器模块的分解等距视图。
图21a是控制单元和激光器模块的示意剖视图，示出了通过控制单元的激光光路。图21b示出了在不同平移方向上的反射光迹。图21c描述了处于偏差角的系统并且示出了激光器模块的竖直取向。图21d示出了相对于系统的中心线处于平移角的反射光束。
具体实施方式
在以下的具体描述中以及在附图的一些图中，类似的元件用类似的附图标记来标识。为了说明的目的，附图可能不是按比例绘制的，并且相对特征尺寸可能被夸大。
根据本发明的各方面，火焰检测器覆盖范围验证设备的示例性实施例被公开。覆盖范围验证设备可以是用于附接到安装的火焰检测器上的简单的机械设备，。示例性设备的附接是临时的；该设备仅在检测器取向和对准期间被附接。在检测器被固定在正确的取向和对准之后，该设备通常会被移除。优选地，覆盖范围验证设备被配置为适合火焰检测器的多个模型/尺寸。该设备的实施例是轻质的，并且可以容易地附接到火焰检测器本体，优选地通过夹紧而不需要固定螺钉。如果固定螺钉被使用来将设备锁定到某个位置，则拧紧这些螺钉优选地不需要任何手动工具，诸如螺丝刀或allen-keys。
示例性火焰检测器10在图1中被示出，其被安装到支架20上，支架20又被安装到诸如墙壁、立柱或其他固定结构的结构上。图1所示的火焰检测器具有大致圆柱形的壳体12，其具有前表面14，有源传感器元件16通过该前表面14被暴露于检测器的视场。火焰检测器可以例如只是以generalmonitors品牌销售的火焰检测器型号之一，诸如fl5000、fl3101、fl3100检测器模型。
火焰检测器覆盖范围验证设备的实施例包括激光指向器(光学光源)和激光光路控制单元。参考图2和图3，设备30包括激光指向器32和如34所示意性指示的光路控制单元。控制单元允许激光束方向与检测器中心线(图2上的位置a处的激光指向器)共同对准(平行)。对于一些火焰检测器，光学中心线与火焰检测器壳体的中心线重合。对于其它火焰检测器，检测器光学中心线可以从壳体的中心线偏离。从这个对准位置开始，控制单元被配置为在平移方向上扫描激光束以指向方位角的左侧(-)，或者指向右侧(+)，围绕垂直于检测器中心线的轴线旋转，直到光束方向的角达到最大值α°。
在这个示例性实施例中，控制单元34是保持激光器并移动激光器以实现光束扫描的设备。在以下描述的另一个实施例中，控制单元包括可移动镜以反射激光束来实现期望的光束覆盖范围。
如图2所示，+α°是检测器中心线左边的最大角(图2中位置b处的激光指向器)，并且-α°是检测器中心线右边的最大角(图2中位置c处的激光指向器)。+α°和-α°的值取决于检测器类型和检测器灵敏度设置，并且通常处于相同的角。
在示例性实施例中，控制单元被配置为将激光束方向锁定在+α°和-α°的相应位置处。在这些角上的激光束方向以其距检测器中心线最远的角划分锥形视场的最左侧边界和最右侧边界。
同样地，从与检测器中心线对准的位置(该中心线与地平面的偏角可以是θ°)，光路控制单元被配置为沿着倾斜方向扫描激光束以指向检测器中心线的上方(+)，即，在仰角中，或指向检测器中心线的下方(-)，围绕垂直于检测器中心线且与地平面平行的轴线旋转，直到光束方向与检测器中心线之间的角达到最大角β°。
在示例性实施例中，+β1°是检测器中心线上方的最大角(图3上位置e处的激光器)并且–β2°是检测器中心线下方的最大角(图3上位置f处的激光器)。β1°和β2°的值通常取决于检测器类型和检测器灵敏度设置，并且可能不一定相同。
在示例性实施例中，激光光路控制单元34被配置为将激光束方向锁定在相应的+β1°和–β2°光束方向上。在这些角上的激光束方向以其距检测器中心线最远的角划分锥形视场的最上侧边界和最下侧边界。
在示例性实施例中，该设备上可能有角标记以使得现场调试工程师可以在火焰检测器进入锁定位置的情况下容易地记录角+α°、-α°、+β1°和–β2°。
在示例性实施例中，激光指向器的功率输出为优选充分的以照亮距检测器至少50英尺(15.2米)的物理表面上的点。由激光点标记的斑点优选地在明亮的阳光下清晰可见。绿色和红色激光可以在各种光线条件下被使用。
根据另一方面，在一个示例性实施例中，激光器优选为本质安全的并且适用于分类的1类2分区或2区的危险环境。这将允许该设备被用于运行的工业环境中。符合本质安全分类的示例性激光指向器是商业上可得的。
根据另一方面，设备30包括用于指示设备相对于磁北的角取向的罗盘和用于确定以地平面为参考的偏差角θ°的倾斜指示器。该设备上可能有角标记以使得现场调试工程师可以容易地将检测器倾斜角调整以及锁定到期望的偏差角θ°。
在给定的检测器安装高度(图3中的y高度)处，偏差角θ°可以被用来手动计算检测器的锥形fov下方的“盲区距离”(图3中的x距离)。
偏差角θ°还可以被应用于火焰映射软件，以确定在各种倾斜角和检测器安装高度处的检测覆盖区域。
火焰检测器覆盖范围验证设备50的另一个示例性实施例在图4至图12f中被示出。该设备包括框架基座系统60、光束路径控制单元70、光源80、罗盘90和偏差指示器92。在这个示例中，光源80是本质安全的激光器模块，用于沿着光源轴线82向上引导激光束(图4)。控制单元70包括安装成围绕水平轴线和垂直于水平轴线的轴线移动的镜72，并且镜72被配置为沿着方向角+α°、-α°、+β1°和–β2°偏转光束，如将在下面进一步详细描述的。
图4a描绘了验证设备位于示例性火焰检测器上适当的位置。
在图5和图7a至图7b中更详细地示出的框架基座系统60包括框架基座，框架基座包括左、右、顶部和底部框架结构62c、62d、62e、62f以及前盖62a、后盖62b。这些部件可以由诸如铝的轻质刚性材料制成，并且用例如螺纹紧固件紧固在一起。附接在顶板62e的下表面的是左角支撑件64a和右角支撑件64b，以及各自附接的弹性体上部夹具垫片64c、64d。夹具垫片64c、64d相对于框架结构被固定就位。可滑动的夹具基座64g已经被固定到其下部的弹性体夹具垫片64e、64f。夹具基座被附接到滑动杆64j、64k的端部，滑动杆64j、64k被安装成用于通过固定在底部框架板62f中的开口中的套筒64h、64i滑动。滑动手柄64l被附接在滑杆的远端。一对弹簧64m、64n被附接在角支撑件64a、64b和夹具基座64g的上角之间。弹簧将夹具基座64g的位置偏置到最靠近角支撑件的静止位置，但是允许滑动手柄向下拉动夹具基座，以产生通常用66表示的开口(图7a)以允许设备50被定位在安装的火焰检测器的壳体上。在一个示例性实施例中，左、右框架结构62c、62d具有大约一英尺量级的长度，并且顶部和底部框架结构具有大约六英寸的长度，尽管这些尺寸可以根据(一个或多个)火焰检测器的尺寸而变化，设备被设计来容纳该(一个或多个)火焰检测器。
图6a示出了处于静止位置的夹具基座64g，其中弹簧64m、64n被示意性地示出。为了将设备50附接到火焰检测器，滑动手柄64l被现场操作员沿着箭头64o的方向拉下(图6a)，以充分打开上部夹具垫片和下部夹具垫片以允许火焰检测器壳体的空间。
在这个示例性实施例中，光路控制单元70通过螺纹紧固件被固定到框架基座系统60的前盖62a。图8a和图8b更详细地示出了控制单元70。该单元包括通过螺纹紧固件被固定到框架基座上的主梁74a。底部基座74b被附接到梁的下端，并且上部激光器支撑基座74c被附接到梁的端部中间的梁上。支撑基座74b和支撑环74d(附接到支撑基座74c)将激光器模块保持在沿梁的对准位置；支撑环74d被装配在激光器模块上并通过螺纹紧固件被附接到支撑基座74c以将激光器模块固定就位。支撑基座74b具有被配置为接收激光器模块80的端部80a的浅圆柱形开口。支撑基座74c也具有圆柱形开口，其尺寸被设计成接收可滑动套筒74f。止动块74t被附接到梁74a，以为激光器模块80的端部80b提供止动表面。
在激光器模块被固定成与主梁74a对准的情况下，激光器模块在被激活时将沿着轴线82(图4)将其光束引导到镜72。镜被安装在基座74j(图8b)上，基座74j又被支撑在水平销74i上用于枢转运动。销被支撑在侧板74g、74h上，其第一端(74g1、74h1)被固定到可旋转套筒74f的相对侧。侧板的第二端74g2、74h2被附接到顶板74m。可旋转套筒74f容纳到形成在支撑基座74c中的开口中，使得激光器模块的端部80b也容纳在套筒74f内。
第一角齿轮74k也被装配到销74i上。第二角齿轮74l安装在通过顶板74m中的孔装配的销74r上，使得其齿与第一角齿轮74l接合。竖直旋转旋钮74p被装配到销74r上，并且可以由设备用户旋转以使镜72通过移动范围围绕销74i的轴旋转。
水平旋转板74n被固定到顶板74m，并且可以由设备操作员手动转动以在支撑基座74c内旋转套筒，进而来水平地旋转镜子通过运动范围。
水平旋转板74n上形成有各自的内部和外部标尺74n2和74n1(图6c、图11b)。标尺指示与图6c中所示的零位置的角偏移。当旋钮74p被设备操作员转动时，零标记74p1可以与标尺74n2中的标记对准，该标记对应于镜与竖直中心线的期望的偏移。类似地，通过转动旋转板74n，标尺74n1可以被用来指示与水平中心线的角偏移。
如本文所使用的，例如关于销74i和销74r，术语“水平”和“垂直”旨在作为竖直安装的梁74a的参考。在示例性的使用中，设备和梁通常相对于地平面以角θ°取向，所以竖直销实际上远离垂直地取向。
镜72的竖直位置可以被调整以适应不同的火焰检测器配置或尺寸。在该示例性实施例中，旋转套筒74f在支撑块74c内的竖直位置可以被调节到若干预设位置中的一个。指旋螺钉74e被拧入支撑块74c侧面的螺纹孔中，并伸入开口中，以接合到形成于旋转套筒的外边缘中的一组凹槽的一个中。在图8b中，74f1指示一组两个间隔开的凹槽，并且74f2指示另一组两个间隔开的凹槽。定位螺钉74e的末端被接合到选定的凹槽中以将旋转套筒的位置固定在支撑块74c内，如图8c所示。由于旋转套筒承载着镜72，所以由凹槽限定的不同位置确定了镜相对于光束74a的竖直位置。这些位置对应于不同的火焰检测器，如图11b所示，诸如fl5000、fl3101、fl3100(以generalmonitors品牌销售的火焰检测器型号)等。
图11a和图11b更详细地示出了设备50和光路控制单元。旋转旋钮74p改变镜72的竖直偏转角(即通过围绕销74i旋转镜)。通过转动板74n转动套筒74f导致改变镜的水平偏转角。
图11c至图11h示出了控制单元70竖直地定位镜72的使用方式。图11c和图11f分别是设备50的俯视图和左视图，其中在图11f中侧板74h被剖开以露出镜72和支撑块74j。在图11c和图11f中，控制旋钮被设置到零线，使得激光束光路被引导至中心线。图11d和图11g是类似于图11c和图11f的视图，除了旋钮74p沿着逆时针方向被转动到图11d所示的对应于光路方向+β1的位置。图11e和图11h示出了镜72的位置，其中旋钮74p从零位置顺时针转动到对应于光路方向–β2°的位置。
图12a至图12f类似地示出了控制单元70水平地定位镜72的使用方式。图12a和图12d是设备50的顶部和左上等距视图，示出了控制单元70，该控制单元70被配置为将激光束定位在光路中心线处，其中旋转板74n位于零位置处。图12b和图12e是类似于图12a和图12d的视图，但是其中旋转板被逆时针旋转以定位镜以将激光束偏转到光路位置+α°。图12c和图12f是类似于图12a和图12d的视图，但是其中旋转板相对于零位置被顺时针旋转以将激光束定位在光束位置-α°。
现在参考图9，示例性设备50包括偏差指示器92。示例性指示器是刻度盘设备92b，其具有安装的用于在销92b1上旋转的加权指示器92b2。重量92b3在与箭头相反地一端被附接到指示器，并且指示器刻度盘具有反射角的标记。刻度盘设备被支撑在壳体92a上，壳体92a通过螺纹紧固件92c被附接到侧板62c。
示例性设备50进一步包括罗盘90(图10)，该罗盘在该示例中是由罗盘基座90a支撑的固定到顶板62e的液体填充罗盘90b。罗盘90指示相对于设备50的磁北的方向。
火焰检测器覆盖范围验证系统的备选实施例在图13至图21d中被示出。系统100在图13至图16中被显示为被安装至火焰检测器10，火焰检测器10又被安装至支架20'，支架20'通常在由检测器10监测的装置处被安装到诸如墙壁、立柱等的结构上。与图1至图12的实施例一样，系统100被配置为临时附接到现场火焰检测器。该系统包括杯状毂结构110，其支撑罗盘和水平仪组件120、光路控制单元130和激光器模块140。
毂结构110在图19中被更详细地示出，并且包括围绕圆柱形壁部分110b的基板110a。该示例性实施例中的毂结构被配置为装配到火焰检测器10的圆柱形部分12(图1)上。在该示例中，两组弯曲的适配器板112a、112b被提供，每个具有三个板。适配器组可以被移除以适合第一检测器尺寸，适配器组112a被装配以适于小于第一尺寸的第二检测器尺寸，适配器组112b被装配以适于小于第二尺寸的第三检测器尺寸。当然，在其他实施例中，更多或更少或没有适配器可以被采用。
壳体结构110进一步包括固定系统以将毂结构临时固定到火焰检测器。在该示例性实施例中，固定系统包括三个间隔开的指旋螺钉114，每个指旋螺钉114具有通过壁部分110b中的螺纹孔被装配的橡胶垫片114a。一旦设备被放置在火焰检测器上，壁部分和适配器通常将系统10置于火焰检测器壳体的中心，指旋螺钉可以被拧紧以进一步将系统10固定并置于检测器壳体的中心。为了完成附接，固定系统可以包括安全带系统，其中带116的一端被附接到板116a(图19)，并且其另一端通过槽壁板116b被装配在壁部分110b的相对的尺寸上。带可以具有带扣，或者以钩和环紧固系统结束，以装配在火焰检测器10的背面上并进一步将系统100固定在适当位置。
如图13所示，系统100还包括罗盘和水平仪组件120，当水平仪组件120被附接到火焰检测器时，水平仪组件120在要被定位在毂结构顶部的位置处被附接到毂结构的壁部分110b。与系统50一样，罗盘122指示火焰检测器相对于磁北的指向方向，并且水平仪124被用于确保系统100在火焰检测器10上被正确地水平校准，其具有在限界线124b、124c之间的水平仪气泡124a。
在图20中进一步详细示出的光路控制单元130被安装用于可枢转运动到支架118a、118b上的毂结构110的基板110a的外部。控制单元130包括框架结构，该框架结构包括左侧板132a和右侧板132b、顶板132c和底板132d。激光器模块的激光器模块支架142通过螺纹紧固件被固定到左侧板和右侧板。左侧板132a和右侧板132b被枢转地附接到安装在固定于各自侧板的轴132i、132j上的轴承132k、132l上的支架118a、118b，以提供毂结构110和控制单元130之间的可枢转的连接。倾角指向器132g、132h被装配在轴承轴上，并与支架118a、118b上标记的倾斜标尺118a1、118b1配合，以显示控制单元130相对于毂结构的倾斜角。在锁定螺钉132a、132b处于松开状态时，控制单元和激光器模块被允许在重力作用下向下摆动，使得即使火焰检测器以不同的偏角取向，激光器模块也将垂直于地平面。控制单元130的位置然后可以通过拧紧被装配到支架118a、118b中的螺纹孔中的锁定螺钉132e、132f来固定，以紧固在侧板132a、132b的表面上，以固定控制单元130和激光器模块140相对于毂结构的位置。
如同设备50一样，控制单元130包括镜132o以重新引导由激光器模块140生成的激光束。镜132o被配置成用于围绕两个轴线进行旋转运动，以允许光束在倾斜角或偏转角方向上的移动，并且允许光束在正交方向(平移方向)上的移动。为了在该示例性实施例中实现这个移动范围，镜132o被安装在镜主轴132p上，镜轴线132p又被安装成用于在镜支架132n、标尺板132v和支架盖132s之间的枢转运动。角指向器132r被附接到镜主轴以控制镜围绕主轴轴线的旋转，并指示标尺板132v的标尺132v1上的镜指向方向。设备用户手动将角指向器132r移动到期望的指向方向，以相对于标尺板132v和标尺132v1来定位镜指向方向。
为了允许镜132o沿阿尔法(平移)方向旋转，镜保持器132n通过轴承132t被安装到轴承支架132m，以围绕轴承保持器的轴线枢转运动。轴承保持器132m被固定在侧板132a、132b之间。该阿尔法角由指向器132q的位置被固定在标尺板132v的支脚部分132v2而表示在底板132d上标记的刻度上，如图13所示。设备使用者手动将指向器132q移动到期望的指向方向，以将镜定位在平移或阿尔法方向上。
激光器模块140包括激光器壳体142，激光器144和盖子146，以将激光器模块固定在壳体中。系统100可以由现场工程师用来将火焰检测器设置到预定位置，典型地由模拟研究或软件应用来确定。在选择并安装合适的用于特定火焰检测器型号的适配器组后，系统以上述方式被附接到现场火焰检测器。水平仪124被用来将系统100放置在检测器10上的水平位置，并且指旋螺钉114被拧紧以将系统100固定就位，并且安全带116被固定在检测器10上。通过松开支架夹具并使用罗盘122，检测器10的角定向可以被调节到预定方向。通过松开指旋螺钉132e、132f(图13和图14)以允许激光器模块和控制单元自由地旋转，使得激光器模块垂直于地平面，检测器的典型预定偏角被调整，其中倾斜指向器132g、132h指示倾斜角，如图17a和图17b所示。一旦期望的偏角倾斜角已经被达到，检测器支架夹具被夹紧，以将检测器固定在支架上。控制单元上的指旋螺钉132e、132f被拧紧以固定控制单元框架和激光器模块相对于毂结构110和检测器的位置。角指向器132r然后可以被用来调整光束的贝塔位置，并且阿尔法角指向器可以被用来调整光束的阿尔法位置，通常用于检测器模型已知的角范围。
图21a示出了通过控制单元130的激光束光路。来自激光器模块140的光束160a穿过镜保持器132n中的中空孔132n1(图20)，并撞击安装在镜主轴132p上的镜132o，镜主轴132p反射光束作为反射光束160b。镜相对于镜轴线的旋转位置或倾斜角通过移动角指向器132r是可控制的。镜的平移角或阿尔法角通过移动标尺板132v以使镜保持器132n围绕轴承132t旋转是可控制的。
图21b示出了处于不同平移位置的反射光束或迹线160b。图21c示出了系统100的示例性倾斜角位置，其中控制单元130将激光器模块140定位在垂直于地平面取向的竖直位置。图21d示出了反射光束160b相对于系统100的中心位置的示例性阿尔法角定位。
虽然前述内容已经是技术主题的具体实施例的描述和说明，各种修改和变化可以由本领域技术人员在不脱离本发明的范围和精神的情况下对其进行。