CN104913511A - 一种带紫外火焰监测的燃气热水器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种带紫外火焰监测的燃气热水器，包括燃烧腔和设置于燃烧腔之外的硬件电路板；所述硬件电路板包括依次串联的信号采集电路、跨阻放大电路、限幅放大电路、微处理器；所述信号采集电路包括GaN紫外探测器。本发明采用了GaN紫外探测器，用于检测火焰中的紫外线光谱，并通过硬件电路板固定在燃烧腔的石英玻璃视窗外面，所述的硬件电路板为跨阻放大电路和限幅放大电路组合的两级放大电路，可以优化噪声和增益的制约关系。因此它具有响应速度快、抗干扰能力强、可靠性高等优点，可避免潮湿环境影响火焰检测灵敏度。
Description
技术领域
本发明涉及一种热水器的火焰监测及控制领域，尤其涉及的是一种带紫外火焰监测的燃气热水器。
背景技术
现有燃气热水器的火焰检测技术主要采用火焰负离子检测、热电偶热电势的检测以及红外检测方法。火焰负离子检测方法响应时间较快，测试简单可靠，可是在潮湿环境下，火焰探针与燃烧器之间的绝缘阻抗会降低至与火焰阻抗接近，火焰电流的整流特性会减弱或消失，造成火焰检测失效；且火焰形成离焰燃烧或接近离焰燃烧状态时检测不到火焰离子流；火焰热电偶热电势的检测方法响应太慢；红外传感器的检测方法燃烧腔的余温对火焰检测会有很大的干扰。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种带紫外火焰监测的燃气热水器，可避免潮湿环境影响火焰检测灵敏度。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括燃烧腔和设置于燃烧腔之外的硬件电路板；所述硬件电路板包括依次串联的信号采集电路、跨阻放大电路、限幅放大电路、微处理器；所述信号采集电路包括GaN紫外探测器。
所述跨阻放大电路包括跨阻运算放大器TIA、电阻元件R1、电阻元件R2、电容元件C1；所述GaN紫外探测器的正端和负端分别连接跨阻运算放大器TIA的正相输入端和负相输入端，跨阻运算放大器TIA的负相输入端和输出端之间依次串联电阻元件R1和电阻元件R2，电容元件C1并联在电阻元件R2上，跨阻运算放大器TIA的电源引脚分别接正电源VCC和接地。
所述限幅放大电路包括限幅运算放大器LA、电阻元件R3、电阻元件R4、电阻元件R5；所述跨阻放大电路的输出端、电阻元件R5和限幅运算放大器LA的正相输入端依次串联，电阻元件R3的一端连接在限幅运算放大器LA的负相输入端，电阻元件R3的另一端连接在限幅运算放大器LA的输出端，电阻元件R4的一端连接在限幅运算放大器LA的负相输入端，另一端接地，限幅运算放大器LA的电源引脚分别接正电源VCC和接地。
作为本发明的优选方式之一，所述微处理器为STC15W408AS型号的MCU。
作为本发明的优选方式之一，所述GaN紫外探测器探测波谱范围覆盖200nm～365nm，为P-I-N结构的发光二极管。
作为本发明的优选方式之一，所述燃气热水器还包括透明视窗、燃气阀、外壳；所述燃烧腔包覆于外壳内，燃气阀连接燃烧腔，透明视窗设置于燃烧腔上。
作为本发明的优选方式之一，所述透明视窗为石英玻璃视窗。
本发明相比现有技术具有以下优点：本发明采用了GaN紫外探测器，用于检测火焰中的紫外线光谱，并通过硬件电路板固定在燃烧腔的石英玻璃视窗外面，所述的硬件电路板为跨阻放大电路和限幅放大电路组合的两级放大电路，可以优化噪声和增益的制约关系。因此它具有响应速度快、抗干扰能力强、可靠性高等优点，可避免潮湿环境影响火焰检测灵敏度。
附图说明
图1是本发明的电路原理图；
图2是燃气热水器的局部示意图。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
如图1和图2所示，本实施例包括燃烧腔5和设置于燃烧腔5之外的硬件电路板9，透明视窗6、燃气阀7、外壳8；所述燃烧腔5包覆于外壳8内，燃气阀7连接燃烧腔5，透明视窗6设置于燃烧腔上；所述硬件电路板9包括依次串联的信号采集电路1、跨阻放大电路2、限幅放大电路3、微处理器4；
信号采集电路1包括GaN紫外探测器，GaN紫外探测器探测波谱范围覆盖200nm～365nm，为P-I-N结构的发光二极管。
本实施例的微处理器4为STC公司生产的STC15W408AS型号的MCU。
本实施例的透明视窗6为石英玻璃视窗。
跨阻放大电路2包括跨阻运算放大器TIA、电阻元件R1、电阻元件R2、电容元件C1；所述GaN紫外探测器的正端和负端分别连接跨阻运算放大器TIA的正相输入端和负相输入端，跨阻运算放大器TIA的负相输入端和输出端之间依次串联电阻元件R1和电阻元件R2，电容元件C1并联在电阻元件R2上，跨阻运算放大器TIA的电源引脚分别接正电源VCC和接地。
限幅放大电路3包括限幅运算放大器LA、电阻元件R3、电阻元件R4、电阻元件R5；所述跨阻运算放大器TIA的输出端、电阻元件R5和限幅运算放大器LA的正相输入端依次串联，电阻元件R3的一端连接在限幅运算放大器LA的负相输入端，电阻元件R3的另一端连接在限幅运算放大器LA的输出端，电阻元件R4的一端连接在限幅运算放大器LA的负相输入端，另一端接地，限幅运算放大器LA的电源引脚分别接正电源VCC和接地，限幅运算放大器LA的输出端连接MCU。
跨阻放大电路2中的跨阻运算放大器TIA为低噪声、中等增益的运算放大器，限幅放大电路3中的限幅运算放大器LA为低噪声、大增益的运算放大器，这样采用两级电路可以优化噪声和增益的制约关系，两级结构的信噪比取决于第一级，而增益为两级增益之积，前级的增益和噪声都与反馈电阻有关，因此增益不宜太大，也不能过小，第二级可以设置适当增益。
信号采集电路1输出的pA级电流信号接至跨阻放大电路2中跨阻运算放大器TIA的负相输入端，进行小增益的放大。限幅放大电路3中的限幅运算放大器LA中由R3、R4、R5组成特定的放大倍数，将信号线性放大至微处理器4可处理的0V～5V的电压范围。
当有火焰在燃烧时，GaN紫外探测器探测到火焰中的紫外线，并产生光电流。光电流经跨阻放大电路2、限幅放大电路3形成微处理器4可识别的0V～5V信号，并送入微处理器4内部的AD模块进行数据分析和处理，从而判断火焰的大小及存在与否。
GaN紫外探测器通过硬件电路板9固定在燃烧腔5的石英玻璃视窗外面，安装位置保证火焰在最小的时候，可以使有效的紫外线信号辐射到GaN紫外探测器表面。石英玻璃视窗对于紫外线的透射率很大，可以确保提供尽可能多的紫外线辐射量。由于GaN紫外探测器的日盲特性，使得其不受外界环境光的影响，因此响应速度快、抗干扰能力强、可靠性高，可避免潮湿环境影响火焰检测灵敏度。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种带紫外火焰监测的燃气热水器，其特征在于，包括燃烧腔和设置于燃烧腔之外的硬件电路板；所述硬件电路板包括依次串联的信号采集电路、跨阻放大电路、限幅放大电路、微处理器；所述信号采集电路包括GaN紫外探测器。
2.根据权利要求1所述的一种带紫外火焰监测的燃气热水器，其特征在于，所述跨阻放大电路包括跨阻运算放大器TIA、电阻元件R1、电阻元件R2、电容元件C1；所述GaN紫外探测器的正端和负端分别连接跨阻运算放大器TIA的正相输入端和负相输入端，跨阻运算放大器TIA的负相输入端和输出端之间依次串联电阻元件R1和电阻元件R2，电容元件C1并联在电阻元件R2上，跨阻运算放大器TIA的电源引脚分别接正电源VCC和接地。
3.根据权利要求1所述的一种带紫外火焰监测的燃气热水器，其特征在于，所述限幅放大电路包括限幅运算放大器LA、电阻元件R3、电阻元件R4、电阻元件R5；所述跨阻放大电路的输出端、电阻元件R5和限幅运算放大器LA的正相输入端依次串联，电阻元件R3的一端连接在限幅运算放大器LA的负相输入端，电阻元件R3的另一端连接在限幅运算放大器LA的输出端，电阻元件R4的一端连接在限幅运算放大器LA的负相输入端，另一端接地，限幅运算放大器LA的电源引脚分别接正电源VCC和接地。
4.根据权利要求1所述的一种带紫外火焰监测的燃气热水器，其特征在于，所述微处理器为STC15W408AS型号的MCU。
5.根据权利要求1所述的一种带紫外火焰监测的燃气热水器，其特征在于，所述GaN紫外探测器探测波谱范围覆盖200nm～365nm，为P-I-N结构的发光二极管。
6.根据权利要求1所述的一种带紫外火焰监测的燃气热水器，其特征在于，所述燃气热水器还包括透明视窗、燃气阀、外壳；所述燃烧腔包覆于外壳内，燃气阀连接燃烧腔，透明视窗设置于燃烧腔上。
7.根据权利要求6所述的一种带紫外火焰监测的燃气热水器，其特征在于，所述透明视窗为石英玻璃视窗。
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