CN201173820Y - 双通道分体式燃烧火焰检测系统 - Google Patents

Abstract

一种双通道分体式燃烧火焰检测系统，包括：火检探头，火检放大器和专门手操器。火检放大器内包括内部置有信号处理系统的微处理器，分别连接到微处理器上的两个独立的信号通道和RS422串行通信接口。两个信号通道可以连接两个火检探头，可实现在一个放大器上进行两个探头的调试和维护，降低了维护量，又降低了设备成本；专门手操器内包括手操处理器和与手操处理器相连接的RS422串行通信接口；手操处理器通过手操器上的RS422串行通信接口和放大器上的RS422串行通信接口与火检放大器进行通讯。调试检修时，在远程利用专用手操器对火检放大器就能进行参数编辑和调试，不用到现场就地就能进行调试和维护，方便了现场调试。

Description

双通道分体式燃烧火焰检测系统

技术领域

本实用新型涉及一种双通道分体式燃烧火焰信号检测系统，特别适用于火力发电厂或石油化工企业的锅炉内燃烧火焰状况的检测分析。

背景技术

一般的一体化火检探头是将探头和放大器等所有相关电路都做在一个探头壳体里，电路比较复杂，功耗比较高。且装于火检探头上的大多数集成电路的工作温度的上限是85℃，致使火检探头的工作环境的温度上限不超过65℃；传统的火检探头采用光敏电阻作为光电传感器，光敏电阻的温度特性很差，温度升高时其性能急剧下降，导致探头在温度较高的情况下，对火焰的检测不稳定，而且探头容易被损坏；因为火检探头是安装在锅炉壁上，靠近燃烧器或油枪，所以，探测现场存在高温辐射和各种电磁干扰，其工作环境极其恶劣，探头工作时间一长，探头就被老化和被损坏。一般分体式的火检探头是将火检放大器和探头分离的，放大器安装于控制机房内，具有安装调试简单，不易受干扰，工作可靠性高等特点。但是，在先技术中的分体式火检系统一般都是一个放大器配一个探头的结构，放大器只能处理来自1路的火焰信号，这样有几个探头就需要匹配几个放大器，这就增加了设备的成本和设备的占用空间。

炉膛的火焰燃烧是具有一定的闪烁频率的。根据理论分析和试验验证，火焰的闪烁或脉动，其频率与燃料种类有关。由于不同种类的燃料燃烧时的火焰特征频率不同，每种频率段的火焰的强度也不一样，因此准确检测、控制燃料燃烧时的火焰状况与火焰燃烧的频率有关。然而传统的火焰检测系统观测火焰燃烧时，主要是通过光电转换器将接收到的燃烧火焰的光强信号转换成电压信号后，简单地进行幅值比较后，就对火焰进行有无火的识辨，及燃烧状况的分析。这样的测量，它忽略了火焰信号的频率特征。因此，也就难以准确地检测火焰状况。而且，很容易引起对火焰的错误判断，从而导致控制的误动作。

发明内容

本实用新型的目的在于提高燃烧火焰检测系统的可靠性和安装调试的简便性，保证火检探头能够在非常恶劣的工况下正常稳定地工作和调试检修时不用到现场就地就能进行调试和维护，一放大器能同时处理2路探头的信号，简化调试的同时又能降低设备成本。

为了达到上述的目的，本实用新型采取的技术方案是：提供一种双通道分体式燃烧火焰检测系统包括：

火检探头，它包括：光电探测器，I-V转换电路，模拟开关，连接有I/O接口的信号放大电路和控制信号发生电路；光电探测器接收燃烧火焰的光信号转换成电流信号，I-V转换电路将电流信号转换成电压信号，信号放大电路将电压信号放大后通过I/O接口输出，控制信号发生电路控制模拟开关的导通或断开；

一火检放大器，它包括：内部置有信号处理系统的微处理器，分别连接到微处理器上的两个独立的信号通道，连接到微处理器上的I/O接口，D/A转换器，继电器开关量输入输出接口，RS485串行通信接口和RS422串行通信接口，其中两个信号通道的输入端可以分别与上述的两个火检探头的I/O接口相连接，分别接收两个火检探头的输出信号；

一专门手操器，它包括：手操处理器，分别连接到手操处理器上的蜂鸣器，显示器，按键接口电路和RS422串行通信接口；手操处理器通过手操器上的RS422串行通信接口和放大器上的RS422串行通信接口与火检放大器进行通讯。

所述的置于火检放大器内微处理器内的信号处理系统，它包括信号采集模块和信号分析处理模块；

所述的信号采集模块用于采集燃烧火焰的数字信号(由模拟信号已经转换成的数字信号)，该数字信号为在固定时间内等间隔连续采样的时域信号，包括火焰燃烧的频率信号和对应的强度信号(幅值信号)，并将信号输入到信号分析处理模块中；

所述的信号分析处理模块用于对由上述数字采集模块输进的信号进行平滑滤波和幅值计算的处理，计算出实时火焰的频率信号和对应的强度值，用以显示火焰燃烧的状况。

如上述的结构，本实用新型具有显著的效果。

●本实用新型因为将火焰检测系统分成火检探头、火检放大器和专用手操器三部分，探头部分只负责火焰信号的光电转换功能，用以简化电路，提高探头的工作温度上限和可靠性，将比较复杂的火焰信号放大器和信号处理系统放在火检放大器内，火检放大器可以工作在环境较好的控制室内，因而，提高了火焰检测系统的可靠性；

●本实用新型的火焰检测系统中，因为简化了火检探头的内部结构，采用光电二极管作为光电探测器，并采用工作温度上限达125℃的元器件，所以，火检探头的工作环境的温度上限可达到85℃，降低了功耗；

●本实用新型置于放大器内微处理器内的信号处理系统中，因为信号采集模块所采集燃烧火焰的数字信号中包括频率信号，因此，本实用新型的信号处理系统能够通过火焰的频率特征，准确地检测火焰燃烧的状况；

●本实用新型的信号处理系统中，因为包括位于信号采集模块前端的信号通道内的滤波，能够将不需要的干扰信号滤掉，使得检测的具有频率特征的火焰信号更准确，所检测的火焰状况更真实；

●本实用新型的火焰检测系统中，一个放大器内包括两个信号通道，所以，本实用新型的火焰检测系统能同时处理2路火检探头的信号，可实现在一个放大器上进行两个探头的调试和维护，降低了维护量，同时又降低了设备成本；

●本实用新型的火焰检测系统中，包括置有RS422串行通信接口的专用手操器，专用手操器能够通过手操器上的RS422串行通信接口和放大器上的RS422串行通信接口与火检放大器进行通讯，调试检修时，在远程利用手操器对火检放大器就能进行参数编辑和调试，不用到现场就地就能进行调试和维护，方便了现场的调试。

●如上所述，本实用新型火焰检测系统的火检放大器进行了优化和改进，能根据实际炉膛火焰的燃烧状态，信号通道能够对输入的数据通过滤波进行频率的选择。比如，可有分别截至频率为30Hz和100Hz两种频率的高通滤波选择，用以满足实际燃烧的需要。

附图说明

图1是本实用新型双通道分体式燃烧火焰检测系统的结构示意图；

图2是本实用新型双通道分体式燃烧火焰检测系统的火检探头一实施例的结构示意图；

图3是本实用新型双通道分体式燃烧火焰检测系统的火检放大器一实施例的结构示意图；

图4是本实用新型双通道分体式燃烧火焰检测系统的专用手操器一实施例的结构示意图；

图5是本实用新型置于火检放大器内微处理器内的的信号处理系统的结构示意图；

图6是图5所示的信号处理系统的流程图；

图7是图5所示的信号处理系统中所用的冒泡法则的具体流程图；

图8是图5所示的信号处理系统对燃烧炉中有无火判断的具体流程图。

具体实施方式

下面结合附图进一步说明本实用新型火焰检测系统的结构特征。

图1所示为本实用新型双通道分体式燃烧火焰检测系统的结构，它包括火检探头1，火检放大器2和专用手操器3。

图2所示为图1中火检探头1的结构，它包括：光电探测器101，I-V转换电路102，模拟开关103，连接有I/O接口105的信号放大电路104和控制信号发生电路106；光电探测器101接收燃烧火焰的光信号转换成电流信号，I-V转换电路102将电流信号转换成电压信号，信号放大电路104将电压信号滤波放大后，通过I/O接口105输出到火检放大器2上，控制信号发生电路106控制模拟开关103的导通或断开，供放大器自检所用；在本实施例中，光电探测器101为光电二极管。

图3所示为图1中火检放大器2的结构，它包括：内部置有信号处理系统2041的微处理器204(MCU微处理器)，分别连接到微处理器204上的两个独立的信号通道11、22，连接到微处理器204上的I/O接口203，D/A转换器205，继电器开关量输入输出接口206，RS485串行通信接口207和RS422串行通信接口208，其中两个信号通道11、22可以分别与上述的两个火检探头1的I/O接口105相连接，可以分别接收来自两个火检探头的输出信号。

如图3所示，信号通道11、22内包括滤波放大电路201和与滤波放大电路201输出端相连接的A/D转换电路202。

如上述的结构，火检放大器2能同时处理来自2个信号通道的火焰信号，信号通道11、22将从火检探头1上接收到的火焰模拟信号经过滤波放大电路201滤波放大后，经过A/D转换电路将模拟信号转换成数字信号输进到微处理器204内的信号处理系统2041内进行信号处理；D/A转换电路205将微处理器204输出的数字信号转换成模拟信号输出；微处理器204通过I/O接口控制火检放大器2的状态灯；微处理器204通过继电器开关量输入输出接口206控制继电器的闭合与断开；微处理器204通过RS485串行通信接口207与上位机(控制室的总操作机)通讯；微处理器204通过RS422串行通信接口208与专用手操器3进行通讯。

图4所示为图1中的专用手操器3一实施例的结构，它包括：手操处理器303，分别连接到手操处理器303上的蜂鸣器301，显示器302(LCD显示器)，按键接口电路304和RS422串行通信接口305；手操处理器303通过手操器上的RS422串行通信接口和火检放大器2上的RS422串行通信接口与火检放大器进行通讯，远程进行参数编辑和状态修改等操作，人机交互通过微处理器303控制显示器302显示火检放大器的运行参数和状态；并通过按键接口电路304进行各项操作，通过蜂鸣器301输出指示正在(实时)的按键操作。

图5所示为图3中置于微处理器204内的信号处理系统2041的结构，它包括信号采集模块20411和与信号采集模块2041相连接的信号分析处理模块20412。

所述的信号采集模块20411用于采集燃烧火焰的数字信号(由模拟信号已经转换成的数字信号)，该数字信号为在固定时间内等间隔连续采样的时域信号，包括火焰燃烧的频率信号和对应的强度信号(幅值信号)并将信号输进信号分析处理模块中；

所述的信号分析处理模块20412用于对由上述信号采集模块20411输入的信号进行平滑滤波和幅值计算的处理，计算出实时燃烧火焰的频率信号和对应的强度值，用以显示火焰燃烧的状况。

图6是上述图5所示的信号处理系统的流程。如图6所示，置于微处理器内的信号处理系统启动(开始)后，

第1步01，首先，信号采集模块开始采集信号，每隔50ms对频率和强度的信号进行采样，每10个采样数据为一组数据，输入到信号分析处理模块中；

第2步02，信号分析处理模块接收到信号采集模块输入的一组数据后，利用冒泡法则(其具体法规的流程见图7)对10个数据进行从大到小的排序，为保证采样数据的准确性，进行平滑滤波，即舍去每组数据中的最大值和最小值后进行下一步；

第3步03，信号分析处理模块对于经过平滑滤波处理后的数据分成每8个数据为一个缓冲区，利用FIFO(先进先出)的原则对数据进行更新，将更新后的数据进行下一步；

第4步04，信号分析处理模块对进行数据更新后的缓冲区内的8个数据进行算术平均值运算，得到火焰的燃烧强度值PPS后，再进行下一步；

第5步05，信号分析处理模块根据上述火焰的燃烧强度值PPS和火检放大器设定的参数进行判断燃烧火焰的有无(具体判断有无火焰的流程见图8)。

图7是上述第2步02中，信号分析处理模块所用的冒泡法则的具体流程。如图7所示，冒泡法则的排序流程，其中数组变量list[8]为待排序的8个数据，temp为临时变量，x为已完成排序的数据个数，y为未完成排序的数据个数。冒泡法则的排序就是将比较最大的那个数据排在最后，然后在剩余的数据中挑出其次较大的数据，依此类推直至排序完成。

图8是上述第5步中，信号分析处理模块对燃烧炉中有无燃烧火焰判断的具体流程。如图8所示，流程中的OTD为有火延时，FFRT为无火延时。信号分析处理模块将每次运算的火焰强度值PPS与火检放大器设定的有火值或无火值门火槛参数值进行比较，若PPS大于或等于有门火槛参数值则有火延时加1，若PPS小于无火门槛参数值则无火延时加1。然后再比较有火延时或无火延时是否达到系统设定的OTD或FFRT，根据情况控制继电器开关量的有无火输出。

Claims (3)

1.一种双通道分体式燃烧火焰检测系统，其特征在于包括：

火检探头，它包括：光电探测器，I-V转换电路，模拟开关，连接有I/O接口的信号放大电路和控制信号发生电路，光电探测器接收燃烧火焰的光信号转换成电流信号，I-V转换电路将电流信号转换成电压信号，信号放大电路将电压信号放大后通过I/O接口输出，控制信号发生电路控制模拟开关的导通或断开；

一火检放大器，它包括：内部置有信号处理系统的微处理器，分别连接到微处理器上的两个独立的信号通道，连接到微处理器上的RS422串行通信接口，RS485串行通信接口，D/A转换器，继电器开关量输入输出接口和I/O接口，其中两个信号通道可以分别与上述的两个火检探头的I/O接口相连接，分别接收两个火检探头的输出信号；

一专门手操器，它包括：手操处理器，分别连接到手操处理器上的蜂鸣器，显示器，按键接口电路和RS422串行通信接口，手操处理器通过RS422串行通信接口与火检放大器进行通讯。

2.根据权利要求1所述的双通道分体式燃烧火焰检测系统，其特征在于所述的置于微处理器内的信号处理系统包括信号采集模块和信号分析处理模块；所述的信号采集模块用于采集燃烧火焰的在固定时间内等间隔连续采样的时域信号，包括火焰燃烧的频率信号和所对应的强度信号，并将信号输入到信号分析处理模块中；所述的信号分析处理模块用于对由上述信号采集模块输进的信号进行平滑滤波和幅值计算的处理，计算出用以显示火焰燃烧状况的实时的火焰信号强度值。

3.根据权利要求1所述的双通道分体式燃烧火焰检测系统，其特征在于所述的信号通道包括滤波放大电路和与滤波放大电路输出端连接的A/D转换电路。

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