CN106197663B

CN106197663B - 火焰检测系统

Info

Publication number: CN106197663B
Application number: CN201610353323.8A
Authority: CN
Inventors: 森雷太
Original assignee: Azbil Corp
Current assignee: Azbil Corp
Priority date: 2015-05-26
Filing date: 2016-05-25
Publication date: 2018-04-20
Anticipated expiration: 2036-05-25
Also published as: JP2016218002A; KR20160138903A; JP6508772B2; US9879860B2; US20160348906A1; CN106197663A; KR101860632B1

Abstract

本发明的火焰检测系统可使用两个火焰传感器的灵敏度参数而容易地修正受光量。本发明为一种火焰检测系统，其由检测光的火焰传感器和运算装置构成，所述运算装置包括：外加电压生成部，其生成驱动所述火焰传感器的脉冲；电压检测部，其测量流至所述火焰传感器的电信号；存储部，其预先存储所述火焰传感器所具有的灵敏度参数；以及中央处理部，其使用该灵敏度参数中的已知的受光量、脉宽及放电概率这些参数以及根据实际的脉宽和测量到的放电次数而获得的放电概率，来求该火焰的受光量，根据第一火焰传感器的灵敏度参数和第二火焰传感器的灵敏度参数来修正火焰传感器的个体间的灵敏度差。

Description

火焰检测系统

技术领域

本发明涉及一种检测有无火焰的火焰检测装置。

背景技术

以往，已知有用于在燃烧炉等中根据从火焰中释放出的紫外线来检测有无火焰的电子管。该电子管包括：密闭容器，其填充封闭有规定气体；电极支承销，其贯穿该密闭容器；以及2块电极，其通过该电极支承销而在密闭容器内相互平行地被支承。在这种电子管中，当在经由电极支承销而对电极间施加有规定电压的状态下紫外线被照射至与火焰相对配置的一电极时，因光电效应而从该电极中释放出电子，这些电子不断被激发，从而在该电极与另一电极之间形成电子雪崩。因此，通过测量电极间的阻抗的变化、电极间的电压的变化、流至电极间的电流等，可检测有无火焰。于是提出有用以检测有无火焰的各种方法。

在现有技术中，提出有如下方法：对流至电极间的电流进行积分，在该积分而得的值为规定阈值以上的情况下，判定为有火焰，在该积分而得的值小于阈值的情况下，判定为无火焰(例如，参考专利文献1)。

专利文献2的发明的目的在于提供一种火焰检测装置，其不论太阳光等周围的光如何变化，始终能可靠地对检测对象的火焰进行检测，其检测太阳光等周围的光的照度，并根据该照度来自动调整火焰所发出的紫外线的检测灵敏度，由此，不论周围的光如何变化，均可靠地检测火焰。是一种应对周围环境的变化的火焰检测装置。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特开2011-141290号公报

专利文献2：日本专利特开平6-76184号公报

发明内容

发明要解决的问题

但是，火焰传感器本身是一种有寿命产品，必须酌情进行更换。另一方面，火焰传感器中，灵敏度存在个体差异。因此，在由客户更换了火焰传感器的情况下，存在如下问题，即，存在即便火焰相同、输出却不一样的情况。

为了解决该问题，本申请发明使用至少两个火焰传感器的灵敏度参数来对同一火焰信号修正火焰传感器(UV管)的个体间灵敏度差。

解决问题的技术手段

本申请发明为一种火焰检测系统，其由检测光的火焰传感器和运算装置构成，所述运算装置包括：

外加电压生成部，其生成驱动所述火焰传感器的脉冲；

电压检测部，其测量流至所述火焰传感器的电信号；

存储部，其预先存储所述火焰传感器所具有的灵敏度参数；以及

中央处理部，其使用该灵敏度参数中的已知的受光量、脉宽及放电概率这些参数以及根据实际的脉宽和测量到的放电次数而获得的放电概率，来求该火焰的受光量，

该火焰检测系统的特征在于，

所述中央处理部根据第一火焰传感器的灵敏度参数和第二火焰传感器的灵敏度参数来分别求受光量，并计算其受光量比，从而修正火焰传感器的个体间的灵敏度差。

进而，本申请发明为一种火焰检测系统，其特征在于，使用所述受光量比，对第一火焰传感器的火焰有无判断阈值乘以所述受光量比来作为第二火焰传感器的火焰有无判断阈值。

或者，本申请发明也可为一种火焰检测系统，其特征在于，算出脉宽比来代替所述受光量比，对第一火焰传感器的脉宽乘以所述脉宽比来作为第二火焰传感器的脉宽。

发明的效果

根据本申请发明，通过使用两个火焰传感器的预先存储的已知参数组以及实际的操作量和计测量的数字运算，可通过计算来求受光量比，因此取得简单且迅速地修正传感器个体间灵敏度差的效果。

附图说明

图1表示本申请发明的实施方式的火焰检测系统。

图2为用以说明放电波形的图。

图3表示作为本申请发明的实施的基本部分的中央处理部的流程。

图4表示作为本申请发明的实施形态的中央处理部的流程。

具体实施方式

(1)本申请发明的构成

将本申请发明的实施方式的火焰检测系统示于图1，对其构成进行说明。本实施方式的火焰检测系统包括：火焰传感器1；外部电源2；以及运算装置3，其连接有火焰传感器 1及外部电源2。

火焰传感器1由电子管构成，所述电子管包括：圆筒状的管壳，其两端部被堵住；电极销，其贯穿该管壳；以及2块电极，其等在管壳内部通过电极销而相互平行地被支承。这种电子管以电极与燃烧器等产生火焰300的装置相对的方式加以配置。由此，当在电极间被施加有规定电压的状态下紫外线被照射至电极时，因光电效应而从该电极中释放出电子，这些电子不断被激发，从而在该电极与另一电极之间形成电子雪崩。由此，使得电极间的电压、电流、阻抗发生变化。

外部电源2例如由具有100[V]或200[V]电压值的交流商用电源构成。

运算装置3包括：电源电路11，其与外部电源2连接；与该电源电路11连接的外加电压生成电路12及触发电路13；外加电压生成电路12的输出端12a；分压电阻14，其与火焰传感器1的下游的电极销连接；电压检测电路15，其与该分压电阻14连接；以及采样电路16，其连接有该电压检测电路15及触发电路13。

电源电路11将从外部电源2输入的交流电供给至外加电压生成电路12及触发电路13，并获取运算装置3的驱动用电力。

外加电压生成电路12使由电源电路11施加的交流电压升压至规定值并施加至火焰传感器1。在本实施方式中，将400[V]的电压以脉冲状施加至火焰传感器1。

触发电路13检测由电源电路11施加的交流电压的规定值点，并将该检测结果输入至采样电路16。在本实施方式中，触发电路13检测电压值达到最小的最小值点。如此，通过对交流电压检测规定值点，可检测该交流电压的1周期。

分压电阻14根据火焰传感器1的下游的端子电压而生成参考电压并输入至电压检测电路15。此处，火焰传感器1的端子电压像上述那样为400[V]的高电压，因此，若直接输入至电压检测电路15，则会对电压检测电路15施加较大负荷。本实施方式是根据火焰传感器1的端子电压的时间变化即每单位时间的端子间电压的值的脉冲波形的形状而不是火焰传感器1的端子间电压的实际值来判定有无火焰。因此，通过分压电阻14，火焰传感器1的端子间电压的变化得以表现，并生成电压值较低的参考电压，将其输入至电压检测电路15。

电压检测电路15检测从分压电阻14输入的参考电压的电压值并输入至采样电路16。

采样电路16根据从电压检测电路15输入的参考电压的电压值和从触发电路13输入的触发时间点来判定有无火焰。在产生火焰而对火焰传感器1照射有紫外线的情况下，紫外线被照射至电极，因光电效应而从该电极中释放出电子，这些电子不断被激发，从而在该电极与另一电极之间形成电子雪崩，该电子雪崩使得电流急剧增加，由此产生伴有发光的电子释放。于是，采样电路16根据这种脉冲状的电压波形的形状，通过计算来求受光量。这种采样电路16包括：A/D转换部161，其通过对所输入的参考电压进行A/D转换来生成电压值及电压波形；中央处理部163，其对由A/D转换部161生成的电压值及电压波形进行解析，并进行后文叙述的运算；以及判定部164，其根据由该中央处理部163获得的受光量来判定有无火焰。

(2)火焰检测的动作

接着，参考图2，对本实施方式的火焰检测的概略动作进行说明。

首先，运算装置3通过外加电压生成电路12对火焰传感器1施加高电压。在这种状态下，从外部电源2输入至电源电路11的交流电压即由外加电压生成电路12施加至火焰传感器1的电压的值从最小值点起上升而触发电路13施加触发。

当外加电压通过最小值点时，会施加如图2所示的表示电压值的时间变化的电压波形。作为一例，若每隔0.1[msec]检测电压值，且外部电源2的频率设为60[Hz]，则1周期为16.7[msec]，因此，所检测的电压值在一周期内成为167个样本，其数据被输入至中央处理部163。

在本例中，在未产生火焰的情况下，对火焰传感器1的电极施加的电压波形(端子12a) 像图2的符号a所示那样具有正弦波状的平缓的形状(以下，称为“普通波形”)。另一方面，在产生火焰而对火焰传感器1照射有紫外线的情况下，如图2的符号b所示，具有如下特征性形状：电压值在正极值附近下降，该下降后的位置被维持规定时间，之后恢复至正弦波状(以下，称为“放电波形”)。通过电压检测电路15捕获该最大电压＝放电开始电压的波峰，捕获为放电次数之一，这是本申请发明的特征之一。再者，在图2的上部所示的矩形脉冲中，以T标记驱动火焰传感器1的脉宽。

另外，由于实际的电路构成适宜以直流形式进行，因此电源电路11或外加电压生成电路12内置AC/DC转换器，将其DC电压输出施加至火焰传感器1。继而，按如下顺序求放电概率。

1.当由中央处理部163控制为脉宽T的矩形的触发被施加至外加电压生成电路12时，与触发同步地将外加电压施加至火焰传感器1。

2.在火焰传感器1不放电的情况下，电流不会流至火焰传感器1，且其下游的电阻14 与接地连接，所以不会产生电压。

3.在火焰传感器1放电的情况下，电流流至火焰传感器1，从而在电阻14的两端产生电位差。

4.利用电压检测电路15检测火焰传感器1的下游是否产生了电压。

5.中央处理部163根据送至外加电压生成电路12的矩形触发的数量和电压检测电路 15检测到规定电压的次数来计算放电概率。

(3)本申请发明的基本原理

利用光电效应的火焰检测系统按照如下动作原理来求受光量，因此，对其原理进行说明。

将1个光子碰撞至光电传感器时产生放电的概率设为P₁，2个光子碰撞至光电传感器时产生放电的概率设为P₂。P₂与第1个光子和第2个光子均不产生放电的概率为相反关系，因此P₂与P₁的关系表现为数式1。

【数式1】

(1-P₂)＝(1-P₁)²

通常而言，若将n个光子碰撞时产生放电的概率和m个光子碰撞时产生放电的概率分别设为P_n、P_m，则与数式1一样，数式2和数式3成立。

【数式2】

( 1 -P_n)＝(1-P₁)ⁿ

【数式3】

(1-P_m)＝(1-P₁)^m

根据数式2和数式3，可导出数式4至数式6作为P_n与P_m的关系。

【数式4】

【数式5】

【数式6】

继而，若将每单位时间飞来至电极的光子数设为E、施加放电开始电压以上的电压的时间(以下称为“脉宽”)设为T，则每一次电压施加时碰撞至电极的光子数以E*T表示。

因此，使同一火焰传感器在某一条件A和另一条件B下动作时的E、T及概率P的关系如数式7所示。进而，此处，若将作为基准的光子数定为E₀，并设定Q＝E/E₀，则导出数式8。将该Q称为受光量。每一条件的受光量为Q_A、Q_B。

【数式7】

【数式8】

【实施例】

接着，通过中央处理部163的动作来说明构成本申请发明的主要部分的受光量运算流程。再者，中央处理部163由CPU构成。

＜实施例1＞

根据图3的流程来进行说明(将图中步骤称为Snn)。

中央处理部163在利用脉冲电压来驱动火焰传感器1，并根据火焰传感器1的驱动结果来算出火焰的受光量中发挥作用。

·收到规定的触发而开始(S00)。

·火焰传感器的驱动是使外加电压生成电路12进行动作，以某一脉宽的矩形脉冲T 对火焰传感器1施加放电开始电压以上的电压(S01)。

·利用通过电压检测电路15而获得的信号来对因反复某次数对火焰传感器1施加脉冲T而使得火焰传感器1产生放电的次数进行计数(S02)。

·根据产生放电的次数和所施加的脉冲数来算出放电概率P(S03)。

·根据放电概率来算出受光量(S04)。再者，在放电概率为0或1以外的情况下，利用下述数式10，通过数字运算来求受光量。

·在放电概率为0的情况下，设定受光量为0。在放电概率为1的情况下，则当作非对象进行处理(S05)。

【数式9】

【数式10】

在以上数式9、10中，设定某一动作条件下的受光量Q₀、这时的脉宽T₀下的放电概率P₀为已知。关于受光量Q₀和脉宽T₀，例如在火焰传感器1的出厂检查中测定好规定的受光量和脉宽下的放电概率并将其存储在存储部162中。

此时，受光量Q、脉宽T、放电概率P的关系是通过数式9来求出，因此，将Q₀、T₀、 P₀称为火焰传感器1的灵敏度参数。

现在，Q₀、T₀、P₀为已知且被存储好。脉宽T是实际地由中央处理部163从外加电压生成电路12输出的脉宽，因此为已知数，实际施加多次脉冲，并对这时的放电次数进行计数来求放电概率P即可。如此一来，可利用数式10唯一地算出作为未知数的受光量Q。

接着，下面对本实施例进行说明。此处，将作为某一基准的火焰传感器称为α。α可为更换前火焰检测系统中所配备的火焰传感器，或者也可为假想的火焰传感器。并且，将接着工作的火焰传感器称为β。对于各火焰传感器，将已知的受光量、脉宽、放电概率的组合分别设为(Q_α0、T_α0、P_α0)、(Q_β0、T_β0、P_β0)。利用火焰传感器α和β来测定受光量Q，并将各自的放电概率为P时的脉宽设为T_α、T_β。

若将这些代入至数式9，则获得数式11和数式12。进而，根据数式11、12而获得数式13至数式15。

【数式11】

【数式12】

【数式13】

【数式14】

进行换底，求出数式15。

【数式15】

将通过以上数式15而求出的Q_β/Q_α称为受光量比。

下面，根据图4的流程，对使用该受光量比来修正火焰传感器的个体间的灵敏度差的步骤进行叙述(将图中步骤称为Snn)。

本调整逻辑是在上述受光量运算处理结束后进行动作，但若预先求出受光量比，则效率较佳。仍然由中央处理部163来执行。

·开始修正处理(S10)。

·设定欲调整的所期望的放电概率P(S11)。

·从存储部162中获取第一火焰传感器α的已知的受光量Q、脉宽T、放电概率P等灵敏度参数(S12)。

·从存储部162中获取第二火焰传感器β的已知的受光量Q、脉宽T、放电概率P等灵敏度参数(S13)。

·通过数式15求受光量比(S14)。

·利用受光量比来除使用第二火焰传感器β时的、根据测定出的放电概率而算出的受光量Q_β(S15)。

如此一来，求出可消除两个火焰传感器的个体间灵敏度差的受光量。

或者，若移至乘以受光量比(S15')的步骤，则有无火焰的判断阈值可直接使用由第一火焰传感器设定的值。

如此，可对该阈值乘以Q_β/Q_α倍，若是针对在上述步骤中得到修正的受光量Q_β，则也可直接使用之前的阈值。

＜其他实施例＞

接着，下面对其他实施例进行说明。仍然利用火焰传感器α和β来测定受光量Q，并将各自的放电概率为P时的脉宽设为T_α、T_β。

此次，将受光量Q在火焰传感器中设为通用，而脉宽T为Tα、Tβ，设为独立。结果，获得数式21和数式22。进而，根据数式21、22而获得数式23至数式25。

【数式21】

【数式22】

【数式23】

【数式24】

将其称为脉宽比。进一步展开，求出数式25。

【数式25】

对于火焰传感器β，将脉宽设定为数式25所示的值T_β，由此，在相同受光量时，可利用火焰传感器β来获得与火焰传感器α相同的放电概率P。即，与上例一样，可获得经灵敏度修正后的火焰检测结果。使用数式24的脉宽比代替受光量比。以下，由于软件流程方面也一样，因此加以省略。

工业上的可利用性

可实施其他各种变形。此外，虽然本例中未提及，但本发明也可用于在火焰传感器1 的外围部设置光闸功能来检测疑似火焰的类型的火焰检测系统。

即便进行了这种设计事项上的变形，也属于本申请发明的范围。

符号说明

1 火焰传感器

2 外部电源

3 运算装置

11 电源电路

12 外加电压生成电路

13 触发电路

14 分压电阻

15 电压检测电路

16 采样电路

161 A/D转换部

162 存储部

163 中央处理部

164 判定部

300 燃烧器火焰。

Claims

1.一种火焰检测系统，其由检测光的火焰传感器和运算装置构成，

所述运算装置包括：

外加电压生成部，其生成驱动所述火焰传感器的脉冲；

电压检测部，其测量流至所述火焰传感器的电信号；

该火焰检测系统的特征在于，

所述中央处理部根据第一火焰传感器的灵敏度参数和第二火焰传感器的灵敏度参数来分别求受光量，并计算两者的受光量比，从而修正火焰传感器的个体间的灵敏度差。

2.根据权利要求1所述的火焰检测系统，其特征在于，

使用所述受光量比，对第一火焰传感器的火焰有无判断阈值乘以所述受光量比而用于第二火焰传感器的火焰有无判断阈值。

3.根据权利要求1所述的火焰检测系统，其特征在于，

根据第一火焰传感器的灵敏度参数和第二火焰传感器的灵敏度参数来分别求受光量，并计算两者的脉宽比来代替所述受光量比，从而修正火焰传感器的个体间的灵敏度差。