CN106197671B - 火焰检测系统 - Google Patents

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Abstract

本发明的火焰检测系统未设置遮光机构等地进行火焰传感器的劣化诊断。该火焰检测系统由检测光的火焰传感器、运算装置以及基准光源构成，所述运算装置通过中央处理部CPU的动作，执行第一模式和第二模式，通过各种运算根据通过该第一模式和第二模式得到的数据来计算出当前的火焰传感器的放电概率，所述第一模式是在熄灭了基准光源时测量所述火焰传感器的放电概率等的模式，所述第二模式是在点亮了基准光源时测量所述火焰传感器的放电概率等的模式。

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)。但是，该火焰传感器是有寿命产品，需要进行适当更换。因此，希望检测出火焰传感器的劣化倾向。
在具有技术关联性的领域中，专利文献2中的臭氧浓度计采用光学斩波器来切换通过反应单元的光的光路和不通过反应单元的光的光路。并且将通过了反应单元的光设为测量光，将不通过反应单元的光设为参照光，通过受光器来检测各光量，利用测量电路来对两光量进行信号处理，且进行比较运算处理以计算出臭氧浓度值。此时，利用参照光，与发出紫外线的灯的经时变动相对应。这样，是即使不拆卸传感器也能够通过交替测量参照光和测量光来检测传感器的灵敏度变化的技术。
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07-318487号公报
发明内容
发明要解决的问题
在专利文献1所记载的火焰检测器中利用专利文献2所记载的现有技术，想要了解火焰检测的电子管的灵敏度变化的话，还是需要在测定基准参照光的期间机械地切断测量光的斩波器或者遮光器的机构。
为了解决该问题，本申请发明基于仅通过测量从火焰传感器流过来的电信号的波峰次数就能够通过计算唯一地求出受光量的技术，不设置机械的遮光单元，取而代之而采用基准光源来测定电子管的灵敏度，从而进行劣化诊断。
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、运算装置以及基准光源构成，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、脉宽及放电概率等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，
该火焰检测系统中，
所述中央处理部执行第一模式和第二模式，根据通过该第一模式和第二模式得到的数据来计算出当前的火焰传感器的放电概率，所述第一模式是在熄灭了基准光源时测量所述火焰传感器的放电概率的模式，所述第二模式是在点亮了基准光源时测量所述火焰传感器的放电概率的模式。
又，本申请发明还是根据当前的火焰传感器的放电概率求出该火焰的受光量的火焰検出系统。
进一步地，本申请发明是将所述的当前的放电概率或者受光量与规定的阈值进行比较来进行火焰传感器的劣化诊断的火焰检测系统。
发明的效果
根据本申请发明，取得如下效果：通过使用预先存储的已知参数组以及实际的操作量和测量量的数字运算，可通过计算来求受光量，还通过增加基准光源的参数，能够简单且迅速地了解电子管的灵敏度的劣化。
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处理的中央处理部的流程。
图4表示作为本申请发明的一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装置示于图1，对其构成进行说明。本实施方式的火焰检测装置包括：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。进一步地，基准光源200与运算装置3连接设置。
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。
又，基准光源200以入光至火焰传感器的1的方式被配置，由运算装置3来控制亮灯灭灯。
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.当中央处理部163将控制为脉宽T的矩形的触发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Pn、Pm，则与数式1一样，数式2和数式3成立。
【数式2】
(1-Pn)＝(1-P1)2
【数式3】
(1-Pm)＝(1-P1)m
根据数式2和数式3，可导出数式4至数式6作为Pn与Pm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QA、QB。
【数式7】
【数式8】
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的基本流程。再者，中央处理部163由CPU构成。
根据图3的流程来进行说明基本的处理程序(将图中步骤称为Snn)。
中央处理部163发挥如下作用: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。
·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此时的受光量(S04)。再者，在放电概率为0或1以外的情况下，利用规定数式，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)。
在数式9中，设定某一动作条件下的受光量QA、这时的脉宽TA下的放电概率PA为已知。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。这样的话，是求出受光量QB的原理。
【数式9】
【实施例】
接着，基于以上的数式，用下标F来表示测量作为测量对象的火焰300时、即没有点亮基准光源200时的条件，用下标F+L来表示将灵敏度校正用的测量时、即点亮基准光源200时的条件的话，则以火焰300的受光量QF、基准光源200的受光量QL来表示时，数式10、11成立。在本实施例的情况下，假设受光量QA是设为脉宽TA、放电概率PA时的受光量。
【数式10】
【数式11】
由于采用通过控制脉宽T来测量放电概率P(PF以及PF+L)从而求出受光量Q的基本原理，所以只要基准光源200的受光量QL和其放电概率PF+L为已知，则数式11中的未知数为火焰300的受光量QF和放电概率PA。
接下来，求出数式11与数式10之差的话，则求出数式12。
【数式12】
以下，进行变形，求出数式13至数式16。
【数式13】
【数式14】
【数式15】
【数式16】
在此，关于火焰传感器1，QA、TA采用在出厂时预先测量规定为基准值的值并存储于存储部162中的数值，基准光源的QL同样从预先存储的数值中取得，进一步地，脉宽T以及放电概率PF和PF+L采用实测的值，作为火焰传感器1的当前的灵敏度的指数的放电概率PA根据上述的数式16求出。进一步地，将求出的PA倒算代入数式10的话，也可以求得作为未知数的火焰300的当前的受光量QF。由此，即使在灵敏度校正用的测量时(基准光源点亮时)，也能够求出测量对象的火焰300的光强度。
基于图4的流程对作为本申请发明的实施形态的诊断步骤进行叙述(将图中步骤称为Snn)。
本调整流程通过两种模式来测量火焰传感器的参数。
·开始诊断处理(S10)。
·模式0：在熄灭了基准光源的状态下测量放电概率PL(S11)。
·模式1：在点亮了基准光源的状态下测量放电概率PF+L(S12)。
为了得到规定的样品，上述两种模式分别通过多次执行(图3所示的)基本程序而被构成。
·运算数式10至数式16而算出当前的放电概率PA以及从数式10倒算而算出受光量QF(S13)。
·将放电概率PA与预先规定的阈值相比较，检测火焰传感器1的劣化(S14)。
另外，模式的切换根据来自运算装置3的中央处理部163的指令来进行，对基准光源200进行开闭控制。
可实施其他各种变形。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
200 基准光源
300 燃烧器火焰。

Claims (2)

1.一种火焰检测系统，其由检测光的火焰传感器、运算装置以及基准光源构成，
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矩形脉冲；
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QA、所述矩形脉冲的脉宽TA及放电概率这些参数以及根据实际的所述脉宽和测量到的放电次数而获得的放电概率，来求所述火焰传感器的火焰的受光量，
该火焰检测系统的特征在于，
所述中央处理部执行第一模式和第二模式，所述第一模式是在熄灭了所述基准光源时测量所述火焰传感器的放电概率的模式，所述第二模式是在点亮了所述基准光源时测量所述火焰传感器的放电概率的模式，
并通过以下数式计算出当前的所述火焰传感器的放电概率PA，其中，TF为所述第一模式下的所述脉宽，PF为通过所述第一模式测量的放电概率，TF+L为所述第二模式下的所述脉宽，PF+L为通过所述第二模式测量的放电概率，QL为预先存储的所述基准光源的受光量，
将当前的所述火焰传感器的放电概率与规定的阈值相比较来进行所述火焰传感器的劣化诊断。
2.根据权利要求1所述的火焰检测系统，其特征在于，
所述中央处理部根据以下数式求出该火焰的受光量QF
CN201610352755.7A 2015-05-26 2016-05-24 火焰检测系统 Active CN106197671B (zh)

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